Tipos de tiristores

TIRISTORES

CONCEITO

São dispositivos semicondutores de potência com quatro camadas PNPN, usados como chaves eletrônicas. A principal vantagem que oferecem é converter e controlar grandes quantidades de potência em sistemas AC ou DC, utilizando apenas uma pequena potência para o controle.

TIPOS DE TIRISTORES

1. SRC (Silicon Controlled Rectifier): Retificador Controlado de Silício;

2. GTO (Gate-Turnoff Thyristor): Tiristor de Desligamento por Porta;

3. Triac;

4. Diac;

5. SCS (Silicon Controlled Switch): Chave Controlada de Silício;

6. MCT (MOS-Controlled Thyristor): Tiristor Controlado MOS.

A IMPORTÂNCIA DO SCR

É o controlador elétrico de potência com uso mais difundido devido à:

• Sua ação de chaveamento rápido;

• Seu pequeno porte;

• E aos seus altos valores nominais de corrente e de tensão.

ESTRUTURA E SIMBOLOGIA – SCR

SIMBOLOGIA ESTRUTURA PNPN

A ESTRUTURA PNPN

O SCR é construído dopando-se quatro materiais e concatenando-os de modo a formar uma seqüência PNPN com três junções P-N, duas em um sentido e uma no outro. Aplica-se então uma tensão no anodo (terminal do material tipo p externo) em relação ao catodo (terminal do material tipo n externo). Desta forma polariza-se diretamente as duas junções de mesmo sentido e reversamente a terceira junção. Esta última impede, a princípio, a condução de corrente pelo dispositivo. Mas se aplicarmos uma tensão a seção tipo p interna a ser chamada de GATE, podemos polarizar diretamente todas as junções P-N, levando a carga ao estado "ON".

Para analisar o SCR podemos utilizar uma ótima analogia. Imaginando um corte virtual nos dois materiais internos da sua estrutura podemos interpretá-la como dois transistores bipolares distintos conectados conforme a figura abaixo.

Desta forma aplica-se a análise usual de transistores. Nela temos um transistor PNP e um NPN. Em ambos o emissor é representado pelo bloco externo (à esquerda no NPN e à direita no PNP). As bases são representadas pelos blocos do meio e os coletores pelos blocos internos (à direita no NPN e à esquerda no PNP). Ou seja, a base de um fica ligada ao coletor do outro.

Fazendo isso chegamos à conclusão que para o dispositivo conduzir (ganho de malha fechada igual a unidade) é necessário que os parâmetros α de ambos transistores se somem de modo que α1 + α2 ≥ 1, levando ambos transistores a saturação. Porém se a soma for maior do que 1, uma vez que o dispositivo comece a conduzir ele não bloqueará jamais. De fato, é impossível dopar os materiais de modo a ter precisamente α1 + α2 = 1. O ponto crucial do controle do GATE reside no fato de ambos parâmetros α serem funções da temperatura e da corrente. Assim, dopa-se os materiais de modo a fazer o valor da soma ser menor que 1 para temperaturas usuais, o que não é tão simples pois a dependência em relação a temperatura é grande e uma vez que valores da soma muito pequenos impossibilita a ativação do dispositivo. Fornecendo-se uma corrente externa ao gate, aumentamos a corrente no emissor de Q1 (transistor npn), enquanto a corrente em seu coletor é mantida constante. Quando a corrente do emissor é pequena, a maioria dos elétrons se "perde" na região de depleção da base de Q1, e só uma pequena parcela chega ao coletor. Ao se aumentar esta corrente a parcela recombinada (capturada na região de depleção) se torna menor, aumentando o valor de α . Logo uma corrente no gate ativa o dispositivo, mas uma vez ativado, ela pode ser cortada, pois α1 + α2 será superior a 1 até que a corrente total diminua a ponto do dispositivo bloquear novamente.

PARÂMETROS BÁSICOS DO SCR

Esses parâmetros devem ser levados em conta nos projetos.

• Tensão de disparo (Vbo):

É a tensão que podemos ter entre A(anodo) e K(catodo) para que o dispositivo não

conduza quando não há disparo. Caso a tensão Vbo exceda o limite, o SCR conduzirá

mesmo sem pulso no gate.

• Tensão máxima reversa (Vbr).

É a tensão que pode ser aplicada entre A e K sem causar dano no componente.

• Corrente máxima de condução (Iak):

É a corrente máxima que o SCR pode conduzir. Nesse caso temos de dividir esse parâmetro em outros três: corrente máxima direta em RMS, corrente média direta e corrente de pico.

• Temperatura máxima de operação (T max):

É a temperatura limite de operação normal do SCR. Caso ela seja ultrapassada, poderão ocorrer disparos indevidos ( não comandados), ou ainda