A eletrônica de potência moderna realmente começou com o advento dos tiristores. Tiristores também são conhecidos como retificadores controlados de silício ou SCRs. São dispositivos semicondutores de quatro camadas e três terminais. E tiristores são dispositivos unidirecionais.
Retificadores controlados por silício são dispositivos semicondutores normalmente usados para controlar alta potência acoplada a alta tensão. Portanto, esses dispositivos encontram aplicações em sistemas de controle de energia CA de alta tensão, circuitos dimmer de lâmpada, circuitos reguladores, etc. O SCR também encontra aplicação na retificação de CA de alta tensão em transmissão de energia CC de alta tensão. O SCR pertence à família dos tiristores e, na verdade, o nome SCR é o nome comercial do tiristor da General Electrics.
O SCR é um dispositivo de quatro camadas com materiais alternados do tipo N e P. O SCR consiste em quatro camadas de semicondutores que formam a estrutura PNPN ou NPNP. O silício é usado como semicondutor intrínseco, ao qual os dopantes adequados são adicionados. Possui três terminais chamados ânodo, cátodo e porta. O cátodo é o mais fortemente dopado e a porta e o ânodo são menos dopados. A camada central do tipo N é apenas levemente dopada e também é mais espessa do que as outras camadas, permitindo-lhe suportar uma alta tensão de bloqueio.
O SCR tem três junções, a saber, J1, J2 e J3. O ânodo é conectado ao material tipo P da estrutura PNPN enquanto o cátodo é conectado ao material tipo N. O Gate é conectado ao material tipo P próximo ao cátodo.
Esses são dispositivos unidirecionais e conduzem a corrente apenas em uma direção. Isso é de ânodo para cátodo. O disparo do SCR ocorre quando sua porta recebe uma tensão positiva. SCR é geralmente usado em aplicativos de comutação como driver de relé, carregadores de bateria, etc.
O tiristor tem três estados básicos:
Bloqueio reverso: Nesse estado, o tiristor bloqueia a corrente da mesma forma que um diodo com polarização reversa.
Bloqueio de avanço: Neste estado, o operação do tiristor é tal que bloqueia a condução de corrente direta que normalmente seria transportada por um diodo polarizado direto.
Condução direta: Nesse estado, o tiristor foi acionado para a condução. Ele permanecerá conduzindo até que a corrente direta caia abaixo de um valor limite conhecido como corrente de retenção.
Operação do tiristor
SCR-SYMBOL
O SCR inicia a condução quando é polarizado para frente. Para isso, o cátodo é mantido em tensão negativa e o ânodo em tensão positiva. Quando a tensão de polarização direta é aplicada ao SCR, a junção J1 e J3 torna-se polarizada para frente, enquanto a junção J2 torna-se polarizada reversa. Quando uma tensão positiva é aplicada na porta, a junção J2 torna-se polarizada direta e o SCR é ativado.
Em operação, o tiristor pode ser considerado como um transistor NPN e PNP conectado costas com costas, formando um loop de feedback positivo dentro do dispositivo. O transistor com seu emissor conectado ao cátodo do tiristor é um dispositivo NPN enquanto o transistor com seu emissor conectado ao ânodo do tiristor é um dispositivo PNP . A porta é conectada à base do transistor NPN. A saída de um transistor é alimentada para a entrada do segundo e a saída do segundo transistor é, por sua vez, realimentada para a entrada do primeiro. Isso significa que quando uma corrente começa a fluir, ela aumenta rapidamente até que os dois transistores estejam totalmente ligados ou saturados. Vejamos um pequeno exemplo:
Do circuito abaixo, aqui usamos um tiristor TYN616.
- Quando a porta está aberta, três tensões de interrupção são determinadas na tensão direta mínima na qual o tiristor conduz fortemente. Agora, a maior parte da tensão de alimentação aparece na resistência de carga. A corrente de retenção é a porta de corrente máxima do ânodo sendo aberta quando ocorre a interrupção.
- Quando a porta está no estado DESLIGADO, o tiristor fornece resistência infinita do que no estado LIGADO, ele oferece resistência muito baixa, que está na faixa de 0,010 a 10.
Modo de disparo
No estado normal desligado, o SCR impede o fluxo de corrente através dele, mas quando a tensão entre a porta e o cátodo aumenta e excede um determinado nível, o SCR liga e conduz como um transistor. Uma peculiaridade importante do SCR é que, uma vez conduzido, ele permanece travado e continua a conduzir mesmo após a tensão da porta ser removida. O SCR permanece ligado até que a corrente de retenção dos dispositivos caia para um valor baixo. Mas se a porta receber uma tensão pulsante e a corrente através dela estiver abaixo da corrente de retenção, o SCR permanecerá no estado desligado. O SCR pode ser disparado sem uma tensão positiva no gate. O SCR é geralmente conectado com o ânodo ao trilho positivo e o cátodo ao trilho negativo. Se a tensão aplicada ao ânodo aumentar, o acoplamento capacitivo no dispositivo induz carga na porta e o SCR dispara. Este tipo de disparo sem a corrente de porta externa é conhecido como “disparo DV / dt”. Isso geralmente ocorre ao ligar. Isso é chamado de efeito Taxa.
Mas o acionamento DV / dt não ligará o SCR totalmente e o SCR parcialmente acionado dissipará muita energia e o dispositivo poderá ser danificado. Para evitar o acionamento DV / dt, uma rede snubber é usada. Outro modo de disparo é aumentando a tensão direta do SCR acima de sua tensão nominal de ruptura. O disparo da tensão direta ocorre quando a tensão no SCR aumenta com a porta aberta. Isso é chamado de 'quebra de avalanche', durante a qual a junção 2 da quebra do dispositivo. Isso também liga o SCR parcialmente e danificará o dispositivo. Portanto, a tensão não deve exceder a tensão nominal do SCR.
Como desligar o SCR?
Uma vez que o SCR é ligado, ele estará no modo de condução mesmo depois que a corrente da porta for removida. Este é o travamento SCR. O SCR pode ser desligado por meio do acionamento reverso. Isso pode ser feito aplicando uma tensão negativa à porta. O dispositivo também pode ser desligado removendo a corrente do ânodo ou colocando o portão e o cátodo em curto momentaneamente.
Aplicações do tiristor:
Os tiristores são usados principalmente em dispositivos onde é exigido o controle de alta potência, possivelmente acoplado a alta tensão. Sua operação os torna adequados para uso em aplicações de controle de energia CA de média a alta tensão, por exemplo, dimerização de lâmpadas, controladores e Controle motor .
Uma aplicação de SCR - controle de relé usando SCR:
Se a chave S1 for pressionada momentaneamente, o relé será ligado. Ele pode ser desativado pressionando S2.
Se a chave S1 for substituída por um LDR e R1 por uma predefinição de 4,7K, o relé será ligado quando a luz acender o LDR. Ajuste predefinido do ponto de disparo.
Se a chave S1 for substituída por um termistor NTC (coeficiente de temperatura negativo) de 4,7 K e R1 por uma predefinição de 1 K, o relé liga quando a temperatura aumenta. Ajuste predefinido do ponto de disparo.
Crédito da foto:
- SCR-SYMBOL por wikimedia
