Eletrónica de potência 2.ª Parte
IL
24V/25W L
A
S1
Manuel Costa ATEC – Academia de Formação
A S2
RV
IG A
Th1 G
24V U
10K V UG
6V
Figura 1. Esquema de funcionamento de um circuito baseado em SCR.
UREËWLFD
O SCR irá conduzir nas seguintes condições: Após ligar S1 e S2, variando Rv até que IG atinja o valor mínimo de disparo indicado pelo fabricante; Quanto maior for a tensão U aplicada ao SCR (UAK), menor poderá ser o valor de Ig a aplicar na gate; Existe uma tensão máxima (VRO) para a qual não é necessário corrente de gate. Esta forma de condução do SCR não é aconselhável devido a um desgaste precoce do componente; Existe uma corrente mínima entre ânodo e cátodo – corrente de retenção IL necessária para o SCR iniciar a condução; Logo que o SCR começar a conduzir, a tensão aos seus terminais UAK baixa bruscamente, para valores da ordem de 0,5 V a 2 V, aumentando a corrente para o valor limitado à carga L; Se baixarmos a tensão aplicada à carga (variando a tensão da fonte), a corrente IAK baixará progressivamente até um valor mínimo – corrente de manutenção IH – a partir do qual o SCR deixa de conduzir;
Quando se impede que o SCR conduza diz-se que ele está (ou fica) bloqueado. Caso contrário, diz-se que está em condução. Existem diferentes processos de bloquear um SCR ou impedir que ele conduza. Podemos impedir que o SCR inicie a condução das seguintes formas: Não aplicando qualquer impulso na gate; Não aplicando à gate o impulso mínimo indispensável (o qual é variável com a tensão UAK); Aplicando à porta um impulso negativo, isto é, polarizando negativa a porta.
V K
),&+$ 35ò7,&$ GH (/(75ù1,&$
Os SCR funcionam com tensões que podem ir desde dezenas de volts aos milhares de volts, desde 1 A até 2500 A. Existe, devido a isso, uma necessidade de analisar corretamente as caraterísticas do SCR antes de o ligar num circuito elétrico, visto que a junção ânodo-cátodo comporta-se tal como um díodo, tendo um queda de tensão de 0,7 V. Os SCR têm diversas aplicações na eletrónica de potência, que vão desde o controle de cargas resistivas (de iluminação e aquecimento), controlo de cargas indutivas (motores CC) e nas mais diversas aplicações de circuitos de comutação (ON/OFF). Tendo em conta o circuito da Figura 1.
O SCR não conduz em sentido contrário e, além disso, suporta uma tensão máxima inversa UBR; Após iniciada a condução, o SCR mantém-se em condução se não houver qualquer alteração do circuito de carga. Nestas condições, podemos inclusivamente desligar a alimentação da porta (interruptor S2) que ele continuará a conduzir; isto é, o impulso de porta só é necessário para iniciar a condução, podendo posteriormente ser retirado, poupando-se a energia respetiva.
A corrente de gate é dada pela seguinte expressão: Igate =
Ug – 0,7 Rv
A tensão e a corrente na lâmpada são calculadas do seguinte modo: UL = U – UAK; IL =
UL RL
Nota: a tensão UAK é variável com a corrente IG.
Podemos bloquear um SCR que se encontra em condução, das seguintes formas: Desligando a alimentação do circuito de carga; Curto-circuito nos terminais A e K; Aplicando aos terminais A e K uma tensão contrária (positivo ligado a K e negativo a A); Baixando a tensão UAK progressivamente, até que a corrente de manutenção IH seja ultrapassada. Se a carga for alimentada em Corrente Alternada o seu funcionamento tem algumas diferenças. Visto que a Corrente é Alternada, ela passa periodicamente por zero. Ora, no instante em que a tensão U aplicada é zero, o SCR deixa de conduzir, sendo necessário a partir daí, aplicar um novo impulso na gate.
TRIAC Tal como o SCR, o TRIAC (Tríode Alternative Current) pertence à família dos tiristores. Sendo assim é constituído por 4 camadas PNPN ou NPNP, com dois ânodos (A1 e A2) e um gate (G). Ao contrário do SCR, o TRIAC conduz nos dois sentidos: de A1 para A2 e de A2 para A1, contudo, para que entre em condução é necessário um impulso na gate, que tanto poderá ser positivo como negativo. O TRIAC sairá de condução quando a tensão aos seus terminais (A1 e A2) for zero.
VDRM = 4500 V ITGOM = 4000 A ITSM
= 25 kA
VT0
= 2.10 V
rT
= 0.58 mΩ
GATE TURNOFF THYRISTOR 5SGA 40L4501
VDClin = 2800 V Gate VGT
Gate trigger voltage
1.2 V
VD = 24 V
IGT
Gate trigger current
4.0 A
RA = 0.1 Ω
TJ = 25 ºC
VGRM
Repetitive peak reverse voltage
17 V
IGRM
Repetitive peak reverse current
50 mA
VGR = VGRM
500 A/μs
f = 200 Hz
IT = 4000 A, TJ = 125 ºC
1000 A/μs
f = 1 Hz
IGM = 50 A, TJ = 125 ºC
Turn-on switching di/dtcrtt
Max. rate of rise of on-state current
diG/dt = 40 A/μs
td
Delay time
2.5 μs
VD = 0.5 VDRM
tr
Rise time
5.0 μs
IT = 4000 A
di/dt = 300 A/μs
ton(min)
Min. on-time
100 μs
IGM = 50 A
diG/dt = 40 A/μs
Eon
Turn-on energy per pulse
3.30 Ws
CS = 6 μF
RS = 5 Ω
VDM = VDRM
diG/dt = 40 A/μs
CS = 6 μF
LS ≤ 0.3 μH
Turn-off switching
ITGCM
Max. controllable turn-off current
4000 A
tS
Storage time
25.0 μs
VD = ½ VDRM
VDM = VDRM
tf
Fall time
3.0 μs
TJ = 125 ºC
diGQ/dt = 40 A/μs
toff(min)
Min. off-time
100 μs
ITGQ = ITGQM
Eoff
Turn-off energy per pulse
12.0 Ws
CS = 6 μF
IGQM
Peak turn-off gate current
1000 A
LS ≤ 0.3 μH
Figura 7. Exemplo de uma folha de caraterísticas de um GTO.
RS = 5 Ω
relativa a um impulso de curta duração. É utilizado no dimensionamento dos fusíveis de proteção; di/dt – taxa de crescimento máxima da corrente de ânodo; Vgrm – tensão inversa do pico de porta repetitiva: máxima tensão instantânea permissível aplicável à junção porta-cátodo; dv/dt – máxima taxa de crescimento da tensão direta de ânodo para cátodo; IH – corrente de manutenção: corrente do ânodo que mantém o GTO em condução mesmo na ausência de corrente de porta; IL – corrente de disparo: corrente de ânodo necessária para que o GTO entre em condução com o bloqueio da corrente de porta; tgt – tempo de disparo: tempo entre a aplicação da corrente de porta e a queda da tensão Vak; tgq – tempo de bloqueio: tempo entre a aplicação de uma corrente negativa de porta e a queda da corrente de ânodo (tgq = ts + tf ); ts – tempo de armazenamento.
Nota: No próximo artigo iremos começar a abordar a outra família de semicondutores de potência: os transístores de potência.
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