Introduo a tiristores

Eletrnica de Potncia

Prof. Alceu Andr Badin

Tiristores

Dispositivo semicondutor que controla a potncia entregue para

cargas, como motores, aquecedores etc, tanto em CA-CC como

CC-CA. Operam entre 2 estados: corte e conduo.

Tipos:

SCR (Silicon Controlled Rectifier). Interruptor unidireccional GTO (Gate Turn-off) Interruptor unidireccional (Corte pelo

gate)

TRIAC (Triode AC) Interruptor bidireccional DIAC. (Diode AC) Interruptor bidireccional (Controle de

tiristores)

Tiristores Potncia para um nico dispositivo (aproximado)

SCR

GTO - IGCT

IGBT

MOSFET

Potncia (W)

Frequncia (Hz)

10M

1M

100k

10k

1k

100 60 1k 10k 100 k 1M

Introduo tiristor SCR

Inveno 1957 (GE)

Uso Comercial desde 1962

Potncia:

SCR (Silicon Controlled Rectifier): 8.5kV / 3kA

LTT (Light Triggered Thyristor): 8kV / 3.5kA

iA

iG

G

A

K

Smbolo

Introduo tiristor SCR

So largamente utilizados em circuitos de eletrnica de

potncia - um dos dispositivos semicondutores de

potncia mais utilizados;

So considerados chaves biestveis, estado de no-

conduo para o estado de conduo controlado, e de

conduo para no-conduo de forma natural;

Introduo tiristor SCR

Dispositivo semicondutor de quatro camadas, de

estrutura pnpn, com trs junes pn

Disparo Controlado

Corte Natural

Fcil Conexo em Srie

Opera em frequncia baixa (50/60 Hz)

Disparo Controlado

Corte Natural

Fcil Conexo em Srie

Opera em frequncia baixa (50/60 Hz)

Aplicaes

Fontes de tenso reguladas, controle de

motores, inversores, ciclo-conversores (conversores de

frequncia) carregadores de baterias, circuitos de

proteo, controles de iluminao e de aquecedores.

Converso de alta potncia em sistemas CC e CA Ex:

Mquinas e HVDC.

Aplicaes: linha HVDC - Itaipu

Potncia de 6.300 MW

2 bipolos de +/- 600 kV / 2625 A

Comprimento 800 km

Total de tiristores = 18432 (Cada valvula tem 96 tiristores ligados

em srie)

HVDC Transmission line

765 kV AC Transmission

lines

Aplicaes: linha HVDC

Retificador trifsico de 500 MW

e 500 kV em Inga-Shaba, ZAIRE.

Um dos 12 conjuntos de SCRs do retificador.

Um dos 12 conjuntos de SCRs do retificador.

Exemplos de encapsulamento

500 V

24A

1300 V

1800A 500 V

100A

TO 200 TO 209

TO 208

Exemplos de encapsulamento

200 V

0,5 A

TO 220 TO 92

K G

A

K

G A

700 V

12 A

Caractersticas do tiristor - SCR

Caractersticas do tiristor - SCR

VDRM: Tenso mxima repetitiva em estado de no conduo.

ITRMS: Corrente eficaz mxima em conduo.

IGT: Corrente mxima de disparo no gate.

VGT: Tenso mxima de disparo no gate.

VTM: Queda de tenso mxima em conduo.

IH: Corrente de manuteno.

ITSM: Corrente mxima transitria.

Caractersticas do tiristor - SCR

Disparo e Corte

t

~

iA vS

vAK iG

R

iA vS

vAK 0 T/2 T

Corte

sempre natural

Quando o tirstor entra em conduo a tenso da fonte vai praticamente ficar aplicada integralmente na carga do circuito.

Caractersticas dos tiristores - SCR

Um tiristor disparado:

aumentando-se a corrente de anodo;

Trmica;

Tenso elevada ou sobre-tenso;

dv/dt;

Corrente de gatilho;

Obs: Remover corrente de gatilho aps o

disparo, reduz perdas

Caractersticas dos tiristores - SCR

Quando a tenso de anodo positiva em relao ao catodo, as

junes J1 e J3 esto polarizadas diretamente.

- tiristor est na condio de bloqueio direto ou estado

desligado;

- A corrente de fuga conhecida como corrente de

estado desligado ID.

- Se a tenso VAK for aumentada a um valor

suficientemente grande, a juno J2 reversamente

polarizada romper.

- Essa tenso a tenso de ruptura direta, (ruptura por

avalanche)

- tiristor est na condio de bloqueio direto ou estado

desligado;

- A corrente de fuga conhecida como corrente de

estado desligado ID.

- Se a tenso VAK for aumentada a um valor

suficientemente grande, a juno J2 reversamente

polarizada romper.

- Essa tenso a tenso de ruptura direta, (ruptura por

avalanche)

+

-

Caractersticas dos tiristores - SCR

A corrente de travamento IL (latching current) a mnima corrente

de anodo necessria para manter o tiristor no estado de conduo;

Se a corrente de anodo for reduzida abaixo de um determinado

nvel conhecido como corrente de manuteno (holding current - IH),

uma regio de depleo se desenvolver em torno da juno J2;

Caractersticas de um TRIAC

P1

P2

n1

n2n3

n4 n4

T2

T1G

T2

T1

G

Estrutura interna

Caracterstica

Smbolo

T2

T1 G

IT

VT +VB

IG

-VB IG

NOTA: Disparo por pulso positivo e negativo

Caractersticas de um TRIAC T2

T1

G

UMAX

UCarga

t

IG

T2

T1

G

IG

Ue

RL

Ucarga

UT2T1

IG

Disparo

Caractersticas do DIAC

Caracterstica

IT

VT +VB -VB A1 A2

Dispositivo auxiliar de disparo para tiristores

Suporta elevados picos de corrente Apresenta tenso de avalanche especificada (VB)

Circuito equivalente do SCR

Perdas por conduo:

Caracterstica da transio - SCR

No instante to a chave S fechada.

Caracterstica da transio - SCR

ton depende da corrente de gatilho ton depende da corrente de gatilho

td: tempo de retardo do crescimento da corrente de anodo. tr : tempo de crescimento da corrente de anodo.

td: tempo de retardo do crescimento da corrente de anodo. tr : tempo de crescimento da corrente de anodo.