Apostila Tiristor SCR - scr tudo sobre
wanderson carlos | comentários
Prof. Fernando Luiz Mussoi CEFET/SC b)
Figura 4.1 – a) SCR bloqueado em polarização reversa; b) analogia com diodos c) efeito da polarização reversa nas junções
5. MODOS DE DISPARO DE UM SCR:
Um SCR é disparado (entra em condução) quando aumenta a Corrente de Ânodo IA, através de uma das seguintes maneiras:
5.1. Corrente de Gatilho IGK:
É o procedimento normal de disparo do SCR. Quando estiver polarizado diretamente, a injeção de um sinal de corrente de gatilho para o cátodo (IG ou IGK), geralmente na forma de um pulso, leva o SCR ao estado de condução. A medida que aumenta a corrente de gatilho para cátodo, a tensão de bloqueio direta diminui até que o SCR passa ao estado de condução.
SCR só começa a conduzir se receber um comando através de um sinal de corrente (geralmente um pulso) em seu terminal de gatilho (Gate ou Porta). Esse pulso polariza diretamente o "segundo diodo formado pelas camada N e P" e possibilita a condução.
Enquanto tivermos corrente entre ânodo e cátodo o SCR continua conduzindo, sendo ele cortado (bloqueado) somente quando a mesma for praticamente extinta. Nesta condição, as barreiras de potencial formam-se novamente e o SCR precisará de um novo sinal de corrente no gatilho para voltar ao estado de condução.
Polarizado reversamente o SCR funciona como um diodo, bloqueando a passagem de corrente, mesmo quando efetuado um pulso em seu Gatilho.
Tiristor SCR – Retificador Controlado de Silício 10
A característica gatilho-cátodo de um SCR se assemelha a uma junção PN, variando, portanto, de acordo com a temperatura e características individuais do componente, um exemplo de curva de disparo pode ser encontrado no anexo deste documento.
Figura 5.1 – Disparo de um SCR
Como entre o gatilho e o cátodo há uma junção PN, temos uma tensão de aproximadamente 0,7V. Desta forma, analisando o circuito da figura 5.2. podemos determinar os requisitos para o circuito de disparo do SCR.
Figura 5.2 – Circuito para disparo do SCR
Assim, a tensão VDISPARO necessária para proporcionar a corrente de disparo IG através da resistência limitadora RG pode ser dada por:
Um SCR pode disparar por ruído de corrente no gatilho. Para evitar estes disparos indesejáveis devemos utilizar um resistor RGK entre o gatilho e o cátodo que desviará parte do ruído, como indica a figura 5.3. Em alguns tipos de SCR, a resistência RGK já vem internamente no componente para diminuir sua sensibilidade.
Tiristor SCR – Retificador Controlado de Silício 1
Figura 5.3 – Resistência para evitar disparos por ruídos no gatilho
Para entrar em condução o SCR deve conduzir uma corrente suficiente, cujo valor mínimo recebe o nome de Corrente de Retenção IL (Latching Current). O SCR não entrará em condução se a Corrente de Gatilho IGK for suprimida antes que a Corrente de Ânodo IA atinja o valor da Corrente de Retenção IL.
Uma vez retirada a corrente de gatilho, a mínima Corrente de Ânodo IA para manter o SCR em condução é chamada Corrente de Manutenção IH (Holding Current). Se a Corrente de Ânodo for menor que a Corrente de Manutenção, as barreiras de potencial formam-se novamente e o
A Corrente de Retenção é maior que a Corrente de Manutenção (IL > IH). O valor de IL é em geral de duas a três vezes a corrente de manutenção IH. Ambas diminuem com o aumento da temperatura e vice-versa.
É por este motivo que dizemos que o SCR é uma Chave de Retenção (ou Travamento) porque uma vez em condução, permanece neste estado enquanto a Corrente de Ânodo IA for maior que a Corrente de Manutenção (IA > IH), mesmo sem corrente no gatilho (IGK).
5.2. Sobretemperatura:
5.3. Sobretensão:
Se a tensão direta ânodo-cátodo VAK for maior que o valor da tensão de ruptura direta máxima VDRM (VBO), fluirá uma corrente de fuga suficiente para levar o SCR ao estado de condução.
Isto acontece porque o aumento da tensão VAK em polarização direta acelera os portadores de carga na junção J2 que está reversamente polarizada, podendo atingir energia suficiente para provocar a avalanche e disparar o SCR. Este fenômeno faz com que muitos elétrons choquem-se e saiam das órbitas dos átomos do semicondutor ficando disponíveis para condução e permitindo o aumento da corrente de fuga no SCR e levando-o ao estado de condução.
O disparo por sobretensão direta diminui a vida útil do componente e, portanto, deve ser evitado. A aplicação de uma sobretensão reversa, ou seja, uma tensão ânodo-cátodo maior que o valor da tensão de ruptura reversa máxima (VRRM ou VBR) danificará o componente.
Tiristor SCR – Retificador Controlado de Silício 12
Se a taxa de crescimento da tensão ânodo-cátodo VAK no tempo for alta (subida muito rápida da tensão VAK) pode levar o SCR ao estado de condução. Em polarização direta a Junção J2 está reversamente polarizada e se comporta como um capacitor carregado, como podemos observar na figura 5.1.
Cátodo iC
Figura 5.1 – Disparo por degrau de tensão Num capacitor a corrente de carga relaciona-se com a tensão pela expressão:
dt dvCiC⋅=
Assim, quando for aplicada uma tensão VAK a capacitância da Junção J2 fará circular uma corrente no gatilho tanto maior quanto maior for a variação da tensão no tempo (∆v/∆t). Esta corrente no gatilho pode ser suficiente para disparar o SCR.
O valor máximo de dv/dt é dado pelo fabricante em catálogos. O disparo por degrau de tensão deve ser evitado pois pode provocar queima do componente ou disparo intempestivo. O circuito de proteção é chamado de Snubber e será estudado adiante.
5.5. Luz ou Radiação:
Se for permitida a penetração de energia luminosa (luz) ou radiante (fótons, raios gama, nêutrons, prótons, elétrons ou raios X) nas junções do semicondutor, haverá maior combinação de pares elétrons-lacunas, provocando maior corrente de fuga, o que pode levar o SCR ao estado de condução. É o caso do SCR ativado por luz, chamado foto-SCR ou LASCR (Light-Activated Silicon Controlled Rectifier).
Tiristor SCR – Retificador Controlado de Silício 13
6. ANALOGIA COM 2 TRANSISTORES:
A figura 6.1 apresenta um circuito com dois transistores complementares (PNP e NPN) que permitem uma analogia ao funcionamento do SCR e demonstra a ação de retenção (travamento) devido à realimentação positiva no circuito
De uma maneira simplificada, com polarização direta, a injeção de um sinal de corrente no gatilho do circuito provoca um efeito de realimentação em que o aumento da corrente na base de Q2 aumenta a corrente de fuga no coletor de Q2 e da base de Q1 e, conseqüentemente, a corrente de coletor de Q1. Esta, por sua vez, realimenta a corrente de base de Q2 e assim sucessivamente até ambos os transistores entrarem em saturação.
Gatilho IA=IT
N Cátodo IK
IGK IC1
Requisite ao professor material sobre Prática da Analogia do SCR com Transistores, ou consulte: http://www.cefetsc.edu.br/mussoi
7. BLOQUEIO OU COMUTAÇÃO DO SCR
O desligamento de um SCR é chamado de Bloqueio ou Comutação. O SCR é uma chave de retenção, ou seja, uma vez disparado e conduzindo, o gatilho perde o controle. A única forma de bloquear um SCR é reduzir a corrente de ânodo IA para um valor menor que o valor da corrente de manutenção IH durante um certo tempo. Este é o tempo necessário para o desligamento do
SCR, toff. Devemos portanto lembrar:
• Diodos e SCR's somente bloqueiam quando praticamente é extinta a corrente entre ânodo-cátodo e não por aplicação de tensão reversa.
• Para um SCR comutar, ou seja, passar do estado de condução para o estado de não condução, também chamado de bloqueio, a Corrente de Ânodo IA deve ser reduzida a um valor abaixo do valor da corrente de manutenção IH, durante um certo tempo (tempo de desligamento tq). • O tempo de desligamento é da ordem de 50 a 100µs para os SCR normais e de 5 a