Tiristores - Aula 4 - Ricardo Pelisson

Notas de aula de Eletrônica de Potência - Rocardo Pelisson

Aula 4

CIRCUITOS DE DISPARO

REQUISITOS BÁSICOS PARA OS CIRCUITOS DE DISPARO

Os circuitos de disparo devem proporcionar ao SCR o sinal adequado e no instante desejado para que o componente entre em condução corretamente. São, portanto, requisitos fundamentais no projeto de um circuito de disparo de SCR:

a) O sinal de gatilho deverá ter amplitude adequada e tempo de subida suficientemente curto;
b) A largura do pulso de gatilho (o tempo de duração do pulso tG) deve ser maior que o tempo necessário para a corrente ânodo-cátodo passar o valor da corrente de retenção IL. Na prática: tG > ton.
c) Evitar ocorrência de disparos indesejados por sinais falsos ou ruídos;
d) O sinal de gatilho deve ser removido após o disparo. Sinal contínuo aumenta as perdas de potência, levando ao sobre-aquecimento o que reduz a vida útil do componente.
e) Quando reversamente polarizado é desaconselhável haver sinal de gatilho, pois o componente pode queimar pelo aumento da corrente de fuga reversa.
f) O controle deverá ser suficientemente preciso;
g) Em circuitos trifásicos, garantir a defasagem de 120o nos sinais dos gatilhos.
h) Em associações de SCR, garantir o acionamento simultâneo.

Basicamente, existem 3 tipos usuais de sinais de disparo:

Sinais CC;
Sinais AC.
Sinais Pulsados;

CIRCUITOS DE DISPARO COM SINAIS CC

Geralmente os parâmetros de acionamento de um SCR são fornecidos em relação à tensão e corrente médias CC.
Os circuitos de disparo com sinais CC podem fazer uso da própria fonte de tensão que alimenta a carga, se ela for CC, ou ter uma fonte própria, como mostra as figuras abaixo.

Ao fecharmos a chave Ch1 o SCR entra em condução pois uma corrente CC é aplicada no gatilho, que está diretamente polarizado pela fonte VCC. Uma vez conduzindo, o sinal de gatilho pode ser removido pela abertura da chave Ch1. O resistor Rg limita a corrente no gatilho e o diodo D limita a amplitude de um possível sinal negativo no gatilho em aproximadamente 1V. Em alguns casos, o diodo D pode ser substituído por um resistor RGK com a função de proteção do gatilho, como estudado no item sobre proteção do SCR.
Não é recomendado o uso de sinal de gatilho CC para disparar SCR em aplicações CA porque um sinal positivo durante o semiciclo negativo aumenta a corrente de fuga reversa IR e pode danificar o componente.

CIRCUITOS DE DISPARO COM SINAIS CA – CONTROLE DE FASE

Um circuito de disparo sincronizado para o controle de fase é capaz de gerar e injetar uma corrente no gatilho do SCR para dispará-lo, quando polarizado diretamente, com a possibilidade de controlar o instante em que essa corrente será injetada no gatilho.
O método mais comum em aplicações de corrente alternada é derivar o sinal de disparo a partir da própria fonte principal CA. A grande vantagem é que este processo mantém o sinal de gatilho sincronizado com o ciclo de acionamento do SCR, propiciando o controle do ângulo de fase a onde o SCR dispara.
É o chamado CONTROLE DE FASE.
A figura abaixo mostra um circuito bastante simples para o controle de fase a partir do sinal CA e de uma rede resistiva no gatilho. Durante o semiciclo positivo o SCR está em bloqueio direto.
Num dado instante a tensão VCA proporciona uma tensão e, conseqüentemente, uma corrente no gatilho suficiente para disparar o SCR. Esse instante pode ser controlado pelo potenciômetro R1.

Circuito de Disparo CA com Rede Defasadora RC

No circuito RC da figura abaixo a tensão no gatilho está atrasada da tensão de alimentação devido o capacitor e as resistências do resistor e do potenciômetro. O potenciômetro controla a defasagem e o tempo em que a tensão no capacitor leva para atingir o valor suficiente para disparar o SCR. O objetivo é atrasar a tensão que irá comandar o disparo do tiristor. A tensão de disparo ocorrerá mais tarde no semiciclo positivo.

Durante o semiciclo negativo o SCR se mantém em bloqueio reverso. O diodo em série com o gatilho garante a unidirecionalidade do sinal de disparo evitando assim, sinais no gatilho no semiciclo negativo.
A tensão de disparo, sobre o capacitor, está atrasada em relação à tensão da rede, por um ângulo f. O valor dessa defasagem depende da constante de tempo de carga do capacitor: t = R.C = (R1 + R2).C1.
Variando R2 varia o ângulo f e portanto varia também o ângulo de disparo a’ do SCR.
D1 garante que só haverá corrente no gatilho no semiciclo positivo, preservando o SCR.
D2 conduz no semiciclo negativo, carregando C1 com tensão negativa. Isso garante que no início de cada semiciclo positivo, o capacitor sempre esteja carregado com uma tensão fixa (negativa), mantendo a regularidade do disparo.

Circuito de Disparo CA com Diodo Schokley ou Diac

O Diodo Schokley é um componente semicondutor de quatro camadas (PNPN). Seu comportamento é de um SCR sem gatilho preparado para disparar por sobretensão direta. Ou seja, reversamente polarizado não conduz. Diretamente polarizado só entra em condução quando a tensão atingir um determinado valor, a chamada Tensão Schokley, como indica a sua curva característica na figura abaixo. Quando conduzindo sua tensão é bem menor que a tensão de disparo, como podemos observar na curva característica da figura abaixo.

Abaixo pode ser verificado um circuito de disparo com sinal CA usando um diodo Schokley. Enquanto a tensão no capacitor for menor que a tensão Schokley, o diodo estará cortado e o SCR não entrará em condução.

Quando a tensão no capacitor atingir a tensão Schokley, o diodo entrará em condução e proporcionará um caminho de baixa impedância para a descarga do capacitor através do gatilho do SCR. O capacitor provocará um pulso de corrente suficiente para disparar o SCR. Controlando a defasagem t entre a tensão da rede e a tensão no capacitor, varia-se o ângulo de disparo a.