Tiristores - Aula 3 - Ricardo Pelisson

Notas de Aula de Eletrônica de Potência - Ricardo Pelisson

Aula3
Proteções do SCR

Um SCR exige uma adequada proteção contra sobretensões e sobrecorrentes para oferecer uma operação segura e confiável.
Sob condições anormais, sobrecargas por exemplo, o SCR poderá ser percorrido por uma sobrecorrente suficiente para danificá-lo. Operações inadequadas e transitórios podem provocar sobretensões que ultrapassem os seus limites nominais de tensão.
O dimensionamento do SCR deverá ser feito para as condições normais de operação, levando-se em conta uma certa margem de segurança. Superdimensioná-lo para as possíveis condições anormais seria antieconômico.

Proteção contra Degrau de Corrente di/dt

Quando o SCR começa a conduzir, a corrente de ânodo fica concentrada em uma área relativamente pequena próxima ao gatilho. É necessário um certo tempo para que a condução se espalhe por igual em toda a pastilha semicondutora.
Entretanto, se ocorrer um Degrau de Corrente, rápido crescimento da corrente de ânodo IA, poderão formar-se pontos quentes (hot spots) no semicondutor e queimar o componente por sobre-temperatura. Este Degrau de Corrente é dado pela taxa com que a corrente varia no tempo, ou di/dt (di/dt) e é expresso em Ampères por microssegundos (A/ms).
Limita-se o di/dt com uma pequena indutância em série com o SCR, pois esta se opõe às variações bruscas de corrente, amortecendo a subida da corrente no ânodo. A Indutância requerida pode ser determinada pela equação:

Onde:

L – indutância (ìH0

(di/dt)max – degrau de corrente máximo admissível (A/ìs)

VP – tensão de pico (V)

Proteção contra Degrau de Tensão dv/dt

O Degrau de Tensão, rápido crescimento da tensão VAK, pode disparar indesejavelmente o SCR. Para proteger contra o disparo intempestivo utiliza-se uma rede RC (resistor em série com capacitor) conectada aos terminais de ânodo e cátodo do SCR. Este circuito de proteção, apresentado na Figura 12.1, é chamado de Snubber.
A capacitância é uma oposição à variação de tensão e, portanto, o capacitor CS conectado aos terminais do SCR reduz a taxa na qual a tensão no dispositivo varia.
Quando o SCR estiver bloqueado, o capacitor CS se carregará até o instante em que o dispositivo entrar em condução.
Quando o SCR for acionado, o capacitor descarregará e sua corrente se somará ao di/dt apresentado pelo circuito original. Portanto, uma resistência RS deve ser colocada em série com o capacitor para amortecer a descarga e limitar a corrente transitória no disparo.
Para aumentar a eficiência do Snubber, um diodo DS pode ser ligado em paralelo com RS.
Quando o dv/dt for grande, o diodo curto-circuitará RS, mas quando o di/dt for grande, o diodo estará desligado.

Proteção contra Sobretensão

As sobretensões geralmente são causadas por distúrbios no chaveamento devidos à energia armazenada em componentes indutivos. A sobretensão transitória resultante pode exceder os limites de tensão do SCR podendo causar disparo intempestivo ou queimá-lo por ruptura reversa.
Algumas maneiras de proteger um SCR contra sobretensão:
• Diodo em série com o SCR: para que ambos os componentes compartilhem a tensão inversa. Devido à queda de tensão no diodo, este método pode introduzir perdas de potência significativas em certos circuitos.
• SCR com alto valor de tensão nominal: como margem de segurança, porém, isto pode implicar maiores custos.
• Circuito Snubber RC: em paralelo com a fonte geradora de sobretensão.
• Varistor (resistor não linear): em paralelo com o SCR, fornece um caminho de baixa resistência para o transitório de tensão.

Proteção contra Sobrecorrente

A sobrecorrente ocorre, em geral, por sobrecarga ou curto-circuito e o dispositivo de proteção deverá abrir o circuito antes do superaquecimento do SCR.
As proteções contra sobrecorrente mais usuais são:

• Fusíveis de Ação Rápida: escolhidos através do parâmetro I2t, relativo ao tempo do
  ação, fornecido em catálogos de SCR e de fusíveis.
• Disjuntores de Alta Velocidade.
• Relés de Sobrecorrente.
  
  

Proteção do Circuito de Disparo do Gatilho

O circuito de disparo do gatilho deve ser protegido contra transitórios de tensão e, preferencialmente, ser eletricamente isolado do circuito de alta potência que o SCR controla. Isso pode ser feito com Transformadores de Pulso e de Acopladores Ópticos (Opto-acopladores).