Curso de Eletrônica Analógica – Parte 6 - SCRs E TRIACs (CUR2006)

Escrito por Newton C Braga

6.1 – Estrutura e funcionamento do SCR

SCR é a abreviatura de Silicon Controlled Rectifier que traduzido, nos leva a Retificador Controlado de Silício ou ainda Diodo Controlado de Silício. Trata-se de um semicondutor que lembra no comportamento um diodo, mas que pode ser controlado ou disparado externamente e, com isso, deixar passar correntes intensas.

Estruturalmente o SCR consiste num diodo de 4 camadas, conforme o leitor poderá constatar pela estrutura mostrada na figura abaixo.

 

Estrutura e símbolo do SCR
Estrutura e símbolo do SCR

 

 

Estas quatro camadas, se cortadas da forma que o leitor poderá ver na figura a seguir, nos levam ao circuito equivalente do SCR, que é formado por dois transistores complementares unidos pelos seus eletrodos.

 

Circuito equivalente a um SCR
Circuito equivalente a um SCR

 

 

Assim, se tomarmos este circuito equivalente, será bem mais fácil analisar como funciona o SCR, se bem que na prática, dois transistores ligados da forma indicada não deem origem a um componente com as mesmas características de um SCR fabricado em estrutura única. Já explicamos que os circuitos equivalentes dados neste curso, servem apenas para análise do princípio de funcionamento.

 

Nota: Os tiristores formam uma importante família de componentes eletrônicos, usados principalmente em eletrônica de potência. Estes componentes consistem basicamente em diodos feito com 4 camadas de materiais semnicondutores, daí serem também chamados de diodos de 4 camadas. O esrtudo mais profundo desses componentes pode ser encontrado no livro Curso de Eletrônica – Eletrônica de Potência.

 

Analisemos então como funciona este circuito equivalente. Conforme podemos ver, os dois transistores estão ligados de modo a formar uma “chave regenerativa”, ou seja, o coletor de um está ligado na base do outro e o coletor do outro na base do primeiro. Uma das bases corresponde ao eletrodo de disparo o “gate” (comporta - abreviada por G).

Para polarizar o SCR, de modo a termos seu funcionamento normal, devemos aplicar uma tensão positiva ao anodo, deixando o catodo sob potencial mais baixo, ou seja, negativo. Nestas condições, apenas uma corrente muito fraca pode circular pelo componente devida a fugas dos elementos internos. Esta corrente é da ordem de milionésimos de ampère e, normalmente é desprezada, conforme o leitor poderá na figura abaixo.

 

A corrente de fuga através de um SCR
A corrente de fuga através de um SCR

 

 

Para disparar o SCR, devemos aplicar um sinal positivo no elemento de comporta (G), de modo que a junção base-emissor do transistor NPN seja polarizada no sentido direto. Nestas condições, a corrente que circula pela base deste transistor é amplificada, dando origem a uma corrente maior de coletor.

Mas, o coletor do transistor NPN está ligado à base do transistor PNP e, de tal forma que, circulando corrente nesta conexão, ela terá um sentido tal que fará o transistor PNP entrar em ação, amplificando-a.

O resultado é que agora, por um efeito que se propaga, temos o aparecimento de nova corrente amplificada no coletor do transistor PNP. Veja, entretanto, que o transistor PNP tem seu coletor ligado de volta à base do transistor NPN, fechando assim um sistema de realimentação. Desta forma, a corrente de coletor do transistor PNP vem se somar à corrente de disparo, aumentando ainda mais a corrente no transistor NPN.

O resultado final é que todas as correntes neste circuito vão aumentar de intensidade, até o máximo determinado pelas características de saturação do componente e, mesmo que tenhamos retirado o sinal inicial que deu origem ao processo, o componente continua conduzindo por um efeito de realimentação, conforme mostra a figura abaixo.

 

As correntes no circuito equivalente
As correntes no circuito equivalente

 

 

Circula então entre o anodo e o catodo do componente uma forte corrente que não depende mais do sinal usado no disparo.

SCRs comuns são muito sensíveis, podendo conduzir correntes de até alguns ampères entre o anodo e o catodo, quando um sinal de disparo de menos de 1 mA á aplicado à sua comporta.

Para desligar o SCR, pois ele continua conduzindo mesmo depois de desaparecida a corrente de comporta inicial, temos diversas possibilidades.

Uma delas consiste em interromper, por um momento, a corrente principal, que circula entre o anodo e o catodo. Basta então desligar por um momento a alimentação, para que o SCR desligue e fique à espera de um novo pulso de disparo.

Outra possibilidade consiste em curtocircuitar por um momento o anodo e o catodo, conforme mostra a figura a seguir.

 

Desligando um SCR num circuito de corrente contínua
Desligando um SCR num circuito de corrente contínua

 

 

Na verdade, pressionando o interruptor em paralelo com o SCR por um instante, o que estamos fazendo, na realidade, é reduzir a zero a tensão entre o anodo e o catodo, cortando assim o fluxo principal de corrente pelo componente.

Outra maneira de se “desligar” o SCR consiste em reduzir a corrente principal a um valor mínimo, abaixo daquele que o componente precisa para funcionar. De fato, quando disparado, o SCR precisa de uma intensidade mínima de corrente entre seu anodo e o catodo para se manter ligado.

Esta, corrente é denominada “corrente de manutenção”, abreviada por IH nos manuais (de Holding Current), vale algumas dezenas de miliampères para os tipos comuns, conforme o leitor poderá observar na próxima figura. Observe o leitor que realmente o SCR se comporta como um diodo, pois a corrente principal só pode circular entre o anodo e o catodo num único sentido, daí o símbolo adotado.

 

A corrente de manutenção
A corrente de manutenção

 

 

O fato de que este componente só pode conduzir a corrente num sentido e que, uma vez disparado, assim se mantém mesmo depois de desaparecida a corrente que o ligou, traz alguns inconvenientes para determinados projetos, mas estes inconvenientes podem ser superados, conforme veremos com a utilização de outros componentes da mesma família.

Veja ainda que, se alimentarmos o circuito do SCR com uma tensão alternada, ao desaparecer o pulso de disparo, ele desliga sozinho quando a tensão alternada, na sua oscilação, passar por zero volt.

Na interessante família dos tiristores, à qual pertence o SCR, encontramos dispositivos como o GTO (Gate Turn-Off SCR) que é justamente um SCR que pode ser “desligado” pela aplicação de um pulso negativo na sua comporta; encontramos os TRIACs que são dispositivos comutadores bilaterais, ou seja, de comportamento semelhante aos SCRs, mas que podem conduzir a corrente em ambos os sentidos; encontramos os DIACs, SUS, SBSs e muitos outros. Nesta mesma lição o leitor ainda vai conhecer alguns deles como, por exemplo, o próprio TRIAC.

 

6.2 – Especificações dos SCRs

Os SCRs podem operar com correntes de vários ampères e, quando desligados, podem manter tensões de centenas ou mesmo milhares de volts entre seu anodo e o catodo.

Na figura seguinte temos alguns SCRs usados em aplicações comuns que vão de poucos ampères à milhares de ampères.

 

 

Aspectos dos SCRs comuns
Aspectos dos SCRs comuns

 

 

No entanto, ao usarmos um componente deste tipo, mesmo sendo muito robusto em relação aos transistores, que são mais delicados, temos também que observar alguns limites e também cuidados.

Uma inversão indevida de polaridade, ou das condições do sinal de disparo, mesmo que de alguns poucos volts, ou ainda um excesso de corrente ou tensão entre o anodo e o catodo, podem levar o componente à queima.

Damos a seguir as especificações que devem ser observadas quando usamos um SCR num projeto:

 

Tensão máxima entre o anodo e o catodo (VD e VR)

Quando o SCR está desligado, ele pode suportar uma tensão máxima que o polariza tanto no sentido direto como inverso. Esta tensão depende tipo. A abreviação VR nos manuais se refere à tensão inversa, enquanto que o VD se refere à tensão direta. Os valores em questão se referem a máximos contínuos, já que se tivermos um pico de curta duração, o componente poderá ainda suportá-lo. O valor máximo do pico é também dado nos manuais e é maior do que o valor contínuo, conforme mostra a figura abaixo.

 

Valor de pico e RMS
Valor de pico e RMS

 

 

Corrente máxima no sentido direto (ID)

É a corrente máxima contínua que o SCR pode conduzir uma vez disparado. Se o circuito trabalhar com corrente pulsante, no caso os semiciclos de uma corrente alternada que são senoidais, também podemos especificar o valor RMS, conforme o leitor poderá ver na figura abaixo.

 

A potência é dada pela área compreendida pela curva e os tempos indicados
A potência é dada pela área compreendida pela curva e os tempos indicados

 

 

Quando um SCR está conduzindo a corrente, ele ainda apresenta uma certa resistência. Seu comportamento é tal, que entre o anodo e o catodo, independentemente da intensidade da corrente conduzida, existe uma queda de tensão da ordem de 2,0 V. Esta tensão, multiplicada pela intensidade da corrente conduzida, determina a quantidade de calor produzida no componente.

Assim, para uma corrente de 3,0 ampères temos: 3,0 x 2,0 = 6,0 watts de potência gerada, que precisa ser dissipada convenientemente.

 

Potência de dissipação

Esta potência, na realidade, já está determinada pela corrente máxima, pois como vimos, a queda de tensão de 2,0 V no componente na condução direta é constante.

 

Corrente de disparo (IGT)

A corrente mínima que deve circular pelo eletrodo de comporta do SCR, para que ele dispare, é um dado muito importante em qualquer projeto que envolva este componente, pois ela é uma medida de sua sensibilidade. Para os SCRs comumente encontrados nos circuitos de computadores, e em muitos aparelhos de uso comum, além dos usados em nossos trabalhos, esta corrente pode estar entre 100 ou 200 µA até 100 ou 200 mA dependendo do tipo.

Para fazer circular pelo componente a corrente de disparo temos de vencer a barreira de potencial da junção base-emissor do transistor NPN “equivalente” ao SCR, conforme mostra a figura a seguir.

 

A corrente de disparo do SCR
A corrente de disparo do SCR

 

 

Precisamos então de uma tensão que tipicamente estará entre 0,6 V e 1,0 V para os tipos comuns.

 

 

Velocidade de operação (dV/dt)

Quando disparamos um SCR, a tensão entre o anodo e o catodo não cai imediatamente a zero, dando assim passagem para a corrente total. O SCR é um dispositivo relativamente lento, e isso deve ser considerado no uso e na própria substituição.

Medimos a velocidade da operação de um SRC através da taxa de crescimento da tensão, ou seja, a variação da tensão de anodo em cada microssegundo.

Em função destas especificações, precisamos tomar cuidados com o uso do SCR, que vai além de obedecer os limites indicados pelos manuais.

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 negativo na comporta, quando o anodo estiver negativo em relação ao catodo, conforme mostra a próxima figura.

 

Condição em que o SCR pode ser destruído
Condição em que o SCR pode ser destruído

 

 

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 próxima figura mostramos como esse diodo é ligado.

 

Protegendo o SCR com um diodo
Protegendo o SCR com um diodo

 

 

6.3 - CIRCUITOS PRÁTICOS

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 abaixo.

 

A carga num circuito de corrente contínua com SCR
A carga num circuito de corrente contínua com SCR

 

 

É possível em alguns casos ligar a carga ao catodo, conforme mostra a figura abaixo, 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.

 

Ligando a carga ao catodo
Ligando a carga ao catodo

 

 

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

 

Os modos de disparo
Os 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 vemos na próxima figura.

 

Não há isolamento entre o circuito de controle e o de carga
Não há isolamento entre o circuito de controle e o 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 abaixo

 

Usando um resistor de polarização de comporta
Usando um resistor de polarização 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 abaixo.

 

O SCR é um controle de meia onda
O SCR é um controle de meia onda

 

 

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 abaixo.

 

Disparando por pulsos em pontos do semiciclo
Disparando por pulsos em pontos do semiciclo

 

 

Esta característica poderá ser usada numa modalidade muito importante de aplicação 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 abaixo que é típico.

 

Um controle básico de potência com SCR
Um controle básico de potência com SCR

 

 

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 ao clicar na figura abaixo.

 

Disparo em ângulos de fase diferentes
Disparo em ângulos de fase diferentes

 

 

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

 

Problemas de interferências (RFI)

RFI ou Radio Frequency Interference (Interferência por Radio Freqüência) é um problema que preocupa todos os fabricantes de equipamentos eletrônicos. Existem normas muito bem estabelecidas que fixam os limites de ruído e interferências que qualquer equipamento eletrônico pode gerar.

As empresas devem se enquadrar nessas normas, se quiserem vender seus equipamentos.

O fato de um SCR ser um componente com certa velocidade de comutação, faz com que na sua operação, sejam gerados sinais indesejáveis ou transientes que, propagando-se ou pela própria rede de alimentação ou pelo espaço, interferem em receptores de rádio e até televisores.

Desta forma, é comum que circuitos que utilizem SCRs causem interferências que precisem ser eliminadas. Na figura a seguir, mostramos um filtro para estas interferências, o qual serve para evitar sua ação via rede. Ligado em série com o aparelho que usa o SCR, ele evita que as interferências geradas saiam do aparelho e se propaguem pela rede.

 

Um filtro para controles de potência
Um filtro para controles de potência

 

 

Ligado em série com o aparelho interferido, o filtro evita que sinais interferentes que venham pela rede, cheguem até ele. Veja que este tipo de filtro serve apenas para as interferências que se propagam pela rede de alimentação. Nos casos em que a interferência vem pelo espaço, na forma de ondas eletromagnéticas, devemos blindar o aparelho interferente e ligar sua carcaça a terra.

 

 

6.4 – Estrutura do TRIAC

O TRIAC, outro membro da família dos tiristores, pode ser considerado como um componente obtido pela ligação de dois SCRs em oposição, tendo em comum um eletrodo de disparo (gate), conforme o leitor poderá ver na figura abaixo.

 

Um Triac se comporta como dois SCRs em oposição
Um Triac se comporta como dois SCRs em oposição

 

 

Cada um dos “SCRs” que formam um TRIAC já tem o seu funcionamento conhecido, de modo que podemos imaginar este componente como alguma coisa semelhante a uma “chave bilateral”, que conduz a corrente nos dois sentidos, portanto, e que pode ser disparada por um sinal aplicado ao seu elemento de comporta.

Observe que o TRIAC tem dois terminais principais: MT1 e MT2 e um terminal de comporta. O TRIAC é usado em circuito de corrente alternada (apenas), ligado em série com a carga, conforme será possível ver na figura abaixo.

 

O uso do triac
O uso do triac

 

 

Para dispará-lo, devemos aplicar uma tensão positiva ou negativa em sua comporta, o que permite fazer seu disparo nos circuitos de corrente alternada em qualquer dos semiciclos. A tensão de disparo para este componente é da ordem de 2 V, e correntes típicas na faixa dos 10 mA aos 200 mA são encontradas, dependendo da potência do componente.

Os TRIACs podem ser disparados de 4 modos diferentes, o que deve ser observado nas suas aplicações:

Modo I+: nesta modalidade o terminal MT2 estará positivo em relação a MT1, e a corrente de comporta tem sentido tal, que entra no componente, ou seja, Gate positiva.

Modo I-: nesta modalidade o terminal MT2 é positivo em relação a MT1, e a corrente de gate sai do componente, ou seja, temos uma comporta polarizada negativamente.

Modo III+: nesta modalidade o terminal MT2 está negativo em relação a MT1 e a comporta positiva, ou seja, com a corrente entrando no componente.

Modo III-: nesta modalidade, em que temos o terminal MT2 negativo em relação ao MT1 aplicamos um pulso negativo ao terminal de disparo.

 

Nas modalidades I+ e III- obtemos maior sensibilidade ao disparo para o TRIAC do que nas outras modalidades.

 

6.5 – Especificações do TRIAC

Da mesma maneira que no caso dos SCRs, precisamos conhecer as principais especificações dos TRIACs para poder usá-los convenientemente. Os limites devem ser respeitados, para que o componente não venha a queimar-se. As principais especificações que devemos observar para os TRIACs são:

 

Tensão máxima de trabalho (VDRM)

Esta característica refere-se à máxima tensão que pode aparecer entre os terminais de um TRIAC quando ele se encontra desligado. Para os tipos comuns, ela pode variar entre 50 ou 100V até mais de 1 000 V.

Podemos especificar esta tensão também em termos de pico, para pulsos de curta duração, de modo que nos manuais aparecem as condições em que o valor é válido.

Para a maioria dos casos, entretanto, o valor refere-se ao pico de uma tensão senoidal, já que a principal aplicação do componente é justamente em circuitos ligado à rede local.

 

Corrente máxima IT(RMS)

Veja que o valor indicado já tem a especificação de que se trata de uma corrente rms, ou seja, o valor eficaz da corrente alternada, já que o componente normalmente operará em circuitos de corrente alternada.

 

Corrente de disparo IGT

Temos aqui a indicação da sensibilidade do comportamento ao disparo, sendo esta corrente especificada em termos de miliampères.

É importante também saber a intensidade máxima da corrente que podemos aplicar na comporta (gate) do TRIAC sem perigo de estragá-lo, já que em muitas aplicações são usados dispositivos especiais para esta finalidade.

 

 

6.6 - Circuitos práticos

O TRIAC é um dispositivo indicado para operação direta na rede de corrente alternada. Nas aplicações básicas, a carga é ligada em série com o componente do lado de MT2 (terminal principal 2), conforme mostramos na próxima figura.

 

Conexão do triac à carga controlada
Conexão do triac à carga controlada

 

 

Se o componente for usado com cargas indutivas, devemos acrescentar em paralelo ao circuito um resistor tipicamente de 100 ohms e um capacitor tipicamente de 100 nF.

A finalidade destes componentes é evitar que o defasamento da corrente que ocorre com cargas fortemente indutivas (enrolamento de um motor, por exemplo) afete o funcionamento do sistema de controle. Este circuito RC em paralelo com o triac é denominado “snubber”. Veja na figura abaixo como ele é ligado.

 

Usando um snubber
Usando um snubber

 

 

Uma aplicação simples do Triac controlando uma carga é como um interruptor de potência, mostrado na figura seguinte.

 

Uma chave de potência com Triac
Uma chave de potência com Triac

 

 

Quando o interruptor S1 é fechado, temos a corrente de disparo que “liga’ o TRIAC nos dois semiciclos da corrente alternada. Esses semiciclos são conduzidos, alimentando assim o circuito de carga.

No entanto, nas aplicações que envolvem a variação da potência aplicada a uma carga, como vimos no caso de SCRs, devemos usar circuitos adicionais que gerem pulsos curtos de disparo.

Estes pulsos serão produzidos no início ou no final do semiciclo, conforme desejemos aplicar maior ou menor potência à carga, conforme mostra a figura abaixo.

 

Condução do TRIAC para pontos diferentes de disparo
Condução do TRIAC para pontos diferentes de disparo

 

 

Um componente que pode ser usado eficientemente para esta finalidade é justamente o Triac. Chegamos então ao interessante circuito de controle de potência ou “dimmer” para uma lâmpada incandescente comum, visto na figura abaixo, e que funciona da seguinte forma:

 

Um dimmer usando triac
Um dimmer usando triac

 

 

Quando tem início um semiciclo da tensão de alimentação alternada, o capacitor C carrega-se através do resistor, até ser atingido o ponto de disparo do transistor unijunção. Quando o transistor unijunção dispara, temos a descarga rápida do capacitor C através do enrolamento primário do transformador de pulsos, usado no disparo.

Este transformador, normalmente tem uma relação de espiras de 1 para 1 entre os elementos, pois sua finalidade é apenas isolar o circuito de disparo do circuito do TRIAC.

Com o pulso no primário do pequeno transformador, temos o aparecimento no secundário de um pulso de curta duração, e de grande intensidade, que é suficiente para disparar o TRIAC.

Pela variação do valor de R, podemos obter o pulso de disparo em qualquer ponto dos dois semiciclos da corrente alternada, e assim aplicar qualquer potência na carga, pois dispararemos o componente em diversos ângulos de fase.

Na próxima figura temos então o circuito completo, com o uso de um potenciômetro de controle.

 

O dimmer completo
O dimmer completo

 

 

Os componentes de circuito como R, C e o valor do potenciômetro são calculados usando fórmulas específicas que o leitor poderá conhecer, avançando em nossos cursos.

 

6.7 – Outros componentes da família dos tiristores

Além de SCRs e TRIACs, a família dos Tiristores possui outros elementos, alguns dos quais são usados juntamente com os próprios SCRs e TRIACs no seu disparo. Estes elementos poderão ser estudados mais profundamente em nossos cursos que tratam da eletrônica de potência, controle e automação.

 

SUS

O primeiro componente interessante desta família e que é usado no disparo dos SRCs é o SUS, ou Silicon Unilateral Switch, o que traduzido significa Chave Unilateral de Silício.

Este componente, cujo símbolo e circuito equivalente podem ser vistos na próxima figura, consiste numa espécie de SCR, mas que possui uma tensão fixa de disparo, normalmente em torno de 7,5 V, dada pela presença de um diodo zener interno.

 

SUS, símbolo e circuito equivalente
SUS, símbolo e circuito equivalente

 

 

Nas aplicações normais, este componente é mantido com a comporta (gate) desligada, e ligado em série com a comporta de um SCR. Quando a tensão entre o anodo e o catodo do SUS se eleva o suficiente para ocorrer a condução do zener, o dispositivo dispara, produzindo um pulso que, por sua vez, aciona o SCR. A tensão de disparo do dispositivo é pouco maior que a tensão do zener interno, o que resulta em algo em torno de 8,0 V.

 

 

SBS

SBS é a abreviatura de Silicon Bilateral Switch, ou Chave Bilateral de Silício. Trata-se de um componente que tem símbolo e estrutura equivalente mostrados na figura abaixo.

 

SBS – símbolo e circuito equivalente
SBS – símbolo e circuito equivalente

 

 

Trata-se de um dispositivo que tem o mesmo comportamento básico do SUS com a diferença de que ele pode conduzir a corrente nos dois sentidos, quando disparado. Este dispositivo é usado no disparo de TRIACs, sendo normalmente usado com a sua comporta desligada e em série com a comporta do TRIAC.

Tanto o SBS como SUS são dispositivos de pequena potência, mas de ação muito rápida.

 

 

Diac

O DIAC, cujo símbolo poderá ser visto na próxima figura, consiste num dispositivo que apresenta uma característica de resistência negativa no ponto de disparo. Os DIACs disparam com tensões típicas em torno de 35 V, quando então é possível produzir um pulso de alta intensidade e curta duração para o disparo de TRIACs.

 

Símbolo do diac
Símbolo do diac

 

 

Os DIACs são os elementos mais usados no disparo de TRIACs, principalmente quando configurados como controles de potência. Como esta aplicação é muito comum, existe um componente que já reúne num invólucro único o TRIAC e o DIAC.

Um exemplo de dimmer usando TRIAC e DIAC, mas que também pode usar um QUADRAC (que será estudado no próximo item) é dado a seguir.

O princípio de funcionamento deste circuito é o controle do ângulo de condução de um Triac. Disparando-o em diversos pontos do sinal senoidal da rede de energia é possível aplicar a uma carga potências diferentes.

Assim, se o disparo for feito no início do semiciclo todo ele pode ser conduzido para a carga e ela receberá maior potência. No entanto, se o disparo for feito no final do semiciclo pequena parcela da energia será conduzida até a carga que operará com potência reduzida.

Na figura abaixo mostramos o que ocorre.

 

Disparo em diversos ângulos de condução
Disparo em diversos ângulos de condução

 

 

Para obter o disparo do triac em diversos pontos dos semiciclos da energia da rede o que fazemos é usar uma rede RC de retardo onde R é variável.

Com R (P1) na sua posição de valor máximo o tempo de carga de C1 até o disparo do diac é maior. Nestas condições dá tempo para uma parcela maior do semiciclo da energia da rede passar e o disparo só ocorre no seu final. Com R na posição de mínimo a carga de C1 é rápida e o disparo do diac ocorre no início do semiciclo. Temos a condição de máxima potência aplicada à carga.

Entre os pontos de máximo e de mínimo pode-se variar linearmente a potência aplicada à carga com um controle total da mesma.

Uma característica importante do circuito, que é importante quando ele é usado para controlar motores é que sendo o controle feito pela parcela do semiciclo aplicado e não pela sua tensão, o torque se mantém mesmo em baixas velocidades.

Conforme a escolha do Triac podemos ter potências diferentes máximas para as cargas controladas. Para isso existem diversas opções utilizando os triacs da série TIC da Texas.

A tabela abaixo dá as opções:

 

TIC116 - 6 ampères

TIC226 - 8 ampères

TIC236 - 12 ampères

TIC246 - 16 ampères

 

Na próxima figura temos o diagrama completo do Dimmer.

 

Figura 212 – O controle de potência com TRIAC
Figura 212 – O controle de potência com TRIAC

 

 

O Triac deve ser montado num bom radiador de calor, principalmente se tiver de operar perto de suas características limites.

O potenciômetro de controle pode ficar distante do circuito dependendo da aplicação, mas se isso ocorrer os fios devem ser bem isolados. Lembramos que este circuito opera ligado diretamente na rede de energia e que portanto pode causar choques perigosos.

O capacitor C2 deve ter uma tensão de isolamento de pelo menos 100 volts e o Diac pode ser de qualquer tipo.

 

Quadrac

O QUADRAC é um tiristor que num invólucro único reúne um DIAC e um TRIAC, conforme mostra a figura abaixo.

 

Símbolo do quadrac
Símbolo do quadrac

 

 

Os QUADRACs são usados principalmente em circuitos de controles de potência, sendo fornecidos em correntes da ordem de alguns ampères até algumas dezenas de ampères.

 

SIDAC

O SIDAC é um diodo (D) de silício (SI), indicado para aplicações em circuitos de corrente alternada (AC). É justamente isso que o acrônimo para Silicon Diode for Alternating Current indica. Esse dispositivo possui uma característica de disparo semelhante a dos DIACs, mas com a capacidade de operar com tensões e correntes muito maiores. Na figura seguinte temos o seu símbolo e sua curva característica.

 

Símbolo e curva característica do SIDAC
Símbolo e curva característica do SIDAC

 

O SIDAC é um componente bilateral, conforme podemos observar pelas curvas, o que justamente o torna apropriado para aplicações em AC. Quando a tensão entre os terminais do SICAD está abaixo de certo valor V(BO), ele se encontra bloqueado.

Se a tensão ultrapassar esse valor, o dispositivo conduz e a tensão entre seus terminais cai para o valor de condução direta V(TM) da ordem de 1,1 V. A corrente que ele pode conduzir nesse estado pode chegar a 10 A para pulsos curtos (10 us, 1 kHz de freqüência de repetição).

Uma vez disparado, o dispositivo permanece nessa condição até que as condições de manutenção sejam ultrapassadas, ou seja, a corrente caia abaixo de certo valor ou a tensão aplicada também caia além de certo valor. Para SIDACs típicos, as tensões de ruptura podem ir de 45 a 250 V com correntes eficazes na faixa de 1 a 10 A.

Como eles podem conduzir correntes intensas no disparo eles são dispositivos ideais para o controle de tiristores (TRIACs e SCRs) de pequena sensibilidade em circuitos de potência.

 

Outros

Além dos componentes mostrados nesta lição, existem alguns outros conhecidos de lições anteriores e que podem ser usados no disparo de SCRs e TRIACs em muitas aplicações. Um deles que já vimos, é o transistor de unijunção que é capaz de produzir pulsos de grande intensidade e curta duração.

Outro componente que pode ser usado no disparo, tanto de SCRs como TRIACs, é a lâmpada neon. Ligada em série com a comporta de um SCR, por exemplo, conforme poderemos verificar na figura a seguir, ela se comporta como um SUS com tensão de disparo de 80 V.

 

Lâmpada neon no disparo de um SCR
Lâmpada neon no disparo de um SCR

 

 

ÍNDICE

Introdução

Parte 1 

Parte 2

Parte 3 

Parte 4

Parte 5

Parte 6 (Você está aqui)

Parte 7

Parte 8

Parte 9

Parte 10

Parte 11

Parte 12