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Considerações sobre o uso de SCRs (ART3976)

Este artigo complementa diversos outros sobre SCRs como o funcionamento e interpretação das características (ART3975, ART3121 e outros). O artigo também faz parte de nosso livro Curso de Eletrônica – Eletrônica de Potência .

ART1026S

Considerações sobre o uso

Um cuidado muito importante que deve ser tomado com este tipo de componente é o de nunca tentar aplicar um pulso ou tensão de disparo negativa na comporta quando o anodo estiver negativo em relação ao catodo, conforme mostra a figura 1.

 

 

   Figura 1 – Condição que pode causar dano ao SCR
Figura 1 – Condição que pode causar dano ao SCR

 

Se isso ocorrer, o SCR pode queimar. Uma solução para evitar que isso aconteça, é ligar um diodo na comporta do componente, se no circuito em que ele funcionar houver a possibilidade de ocorrer a inversão, tanto do disparo como da alimentação.

Na figura 2, mostramos como esse diodo é ligado.

 

Figura 2 – Usando um diodo de proteção
Figura 2 – Usando um diodo de proteção

 

Para melhor aproveitamento de nossa lição será interessante dividir as aplicações do SCR em dois grupos: circuitos de corrente contínua e circuitos de corrente alternada.

Nos equipamentos eletrônicos em geral poderemos encontrar os dois tipos de circuitos e o leitor deve estar preparado para fazer sua identificação.

 

Circuitos de corrente contínua

Nos circuitos de corrente contínua, não temos muitos problemas de utilização, já que basta manter o anodo positivo em relação ao catodo.

A carga é ligada normalmente em série com o anodo, conforme mostra a figura 3.

 

Figura 3 – Conexão normal da carga ao SCR
Figura 3 – Conexão normal da carga ao SCR

 

É possível em alguns casos ligar a carga ao catodo, conforme mostra a figura 4, no entanto, não se trata de procedimento muito interessante já que desta forma é dificultado o disparo, pois normalmente precisaremos de uma tensão que será a soma da tensão normal de disparo com a tensão que representa a queda na carga.

 

Figura 4 – Outras formas de se conectar a carga ao SCR
Figura 4 – Outras formas de se conectar a carga ao SCR

 

Se bem que o SCR possa funcionar tanto em circuitos de corrente contínua como alternada, observamos que ele conduz a corrente num único sentido.

Assim, se desejarmos um controle completo, com a condução da corrente para a carga nos dois sentidos, temos de usar dois SCRs e a conexão pode ser feita de diversas formas.

Na figura 5 temos, por exemplo, a conexão de uma carga num circuito AC usando dois SCRs.

 

Figura 5 – Usando dois SCRs num circuito de onda completa
Figura 5 – Usando dois SCRs num circuito de onda completa

 

Na figura 6 temos o modo de se controlar uma carga em onda completa usando apenas um SCR.

Neste circuito, os diodos da ponte devem ser capazes de conduzir a corrente exigida pela carga.

 

   Figura 6 – Controle de onda completa com um SCR
Figura 6 – Controle de onda completa com um SCR

 

Finalmente, na figura 7 temos um circuito em ponte, com controle de onda completa, utilizando dois diodos e dois SCRs.

 

   Figura 7 – Circuito com dois SCRs em ponte
Figura 7 – Circuito com dois SCRs em ponte

 

 

Para o circuito de disparo, temos diversas opções.

Respeitando-se a corrente máxima e tensão máxima suportadas pelo SCR, para dispará-lo basta aplicar um sinal à comporta, o que pode ser feito de duas formas, conforme mostra a figura 8.

 

 

Figura 8 – Modos de disparo
Figura 8 – Modos de disparo

 

 

Num caso a corrente é aproveitada do próprio circuito que alimenta a carga, responsável pela corrente principal. Um resistor (R) limita a intensidade da corrente de disparo.

Noutro caso, aproveitamos um circuito separado que, no entanto, tem um elemento em comum com o circuito da corrente principal, correspondendo ao catodo.

Observe que, se as correntes dos dois circuitos circulam em comum pelo catodo, os dois circuitos (carga e controle) não se interferem. Isso significa que, na prática, o circuito da carga pode ser de alta tensão, e o de controle de baixa tensão, sem que isso signifique qualquer problema.

Esta característica do SCR poder controlar cargas de alta potência a partir de sinais de baixa intensidade lembra muito o relé.

No entanto, se o SCR é muito menor e mais barato que o relé, ele apresenta uma séria desvantagem neste tipo de aplicação: não existe isolamento entre o circuito de controle e o circuito de carga, conforme o leitor poderá ver na figura 9.

 

Figura 9 – Não há isolamento entre o circuito de disparo e o circuito de carga.
Figura 9 – Não há isolamento entre o circuito de disparo e o circuito de carga.

 

 

Para desligar o SCR neste tipo de aplicação, já que estamos operando com corrente contínua, precisamos interromper por um momento a corrente ou curtocircuitar por um momento o anodo e o catodo.

Alguns tipos de SCRs, como por exemplo, o TIC106 (Texas), exigem em determinadas aplicações o uso de um resistor adicional de polarização de comporta, cujo valor estará entre 1 k e 47 k ohms, conforme poderemos observar na figura 10.

 

Figura 10 – O resistor de comporta
Figura 10 – O resistor de comporta

 

Sem este resistor, com uma tensão muito alta entre anodo e catodo, a corrente de fuga pode tornar-se suficientemente intensa para dar início ao processo de realimentação, e com isso provocar o disparo. O SCR disparará “sozinho” se este resistor não for acrescentado para desviar a corrente de fuga que circularia pela junção gate-catodo.

 

Circuitos de corrente alternada

Neste caso precisamos levar em conta dois fatos importantes: um é que a corrente alternada inverte seu sentido constantemente, enquanto que o SCR só conduz a corrente num sentido.

Se mantivermos o SCR disparado aplicando uma corrente alternada no circuito de carga, teremos somente a condução dos semiciclos positivos, conforme mostra a figura 11.

 

Figura 11 – Condução de metade dos semiciclos
Figura 11 – Condução de metade dos semiciclos

 

 

Por outro lado, se aplicarmos um pulso de curta duração para o disparo, dependendo do instante no semiciclo da tensão que alimenta o circuito, o SCR pode disparar ou não, e em função deste disparo, podemos ter a sua condução por mais ou menos tempo, já que, obrigatoriamente quando a tensão cai a zero no final de cada semiciclo, o SCR desliga, conforme poderemos observar na figura 12.

 

Figura 12 – Disparo num ponto qualquer de um semiciclo
Figura 12 – Disparo num ponto qualquer de um semiciclo

 

Esta característica poderá ser usada numa modalidade muito importante de aplicações para os SCRs, que são os controles de potência para a rede de corrente alternada.

Vamos detalhar melhor o funcionamento do SCR numa destas aplicações partindo do circuito da figura 13 que é típico.

 

Figura 13 – SCR num controle de meia onda
Figura 13 – SCR num controle de meia onda

 

A tensão de disparo do SCR é alcançada em função do tempo de carga do capacitor C através do resistor R.

Supondo que esta tensão seja alcançada logo no início do semiciclo, o SCR dispara e já conduz praticamente todo o semiciclo para a carga, que então recebe a potência máxima.

Se o valor de R for grande, a tensão de disparo só é alcançada no final do semiciclo, e quando o SCR “liga” a carga, recebe somente o “finalzinho” do semiciclo, o que corresponde a uma potência mínima, conforme o leitor poderá ver na figura 14.

 

 

Figura 14 – Disparo no início e no final do semiciclo
Figura 14 – Disparo no início e no final do semiciclo

 

Veja que, se fizermos R variável, podemos controlar a potência aplicada a uma carga.

Este tipo de controle é denominado controle linear de potência ou controle de potência por ângulo de fase.

A denominação “ângulo de fase” vem do fato de que podemos disparar o SCR em qualquer momento entre 0 e 180º de um semiciclo, para obter uma parcela de sua condução.

Na prática não conseguimos um controle total da potência de 0 a 100% do semiciclo, pois, conforme vimos, o SCR precisa esperar até que a tensão alcance de 0,6 a 2 V na sua comporta para que ele dispare, ou então a tensão de disparo do dispositivo comutador usado.

Assim, existe uma pequena “faixa morta” que deve ser considerada nas aplicações práticas.

Outro problema que ocorre é que o SCR conduz apenas metade dos semiciclos da corrente alternada da rede de energia assim, num circuito como o mostrado, a potência varia de 0 a 50%.

Usando o circuito que mostramos anteriormente ou ainda o circuito da figura 15 podemos ter um controle de onda completa.

 

  Figura 15 – Controle de onda completa com um SCR
Figura 15 – Controle de onda completa com um SCR

 

Na figura 16 temos outra forma de obter um controle de onda completa com um SCR e uma ponte de diodos;

 

Figura 16 – Outra forma de obter o controle de onda completa com um SCR
Figura 16 – Outra forma de obter o controle de onda completa com um SCR

 

Lembre-se de que os diodos devem ser capazes de conduzir a corrente total da carga.

Por outro lado, se mantivermos a comporta continuamente polarizada por meio de uma fonte externa, certamente o SCR ligará tão logo tenhamos pelo menos 2,0 V entre o anodo e o catodo, e assim teremos a condução dos semiciclos positivos para a carga.

Nesta aplicação o SCR funciona como espécie de interruptor ou relé, ligando e desligando uma carga a partir de correntes muito fracas.

Esta é justamente uma das aplicações importantes do SCR, como interruptor de estado sólido ou ainda como relé de estado sólido.

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