Não, não é nome de remédio para disenteria nem de vilão de filme de ficção científica. Trata de um novo dispositivo semicondutor da família dos tiristores que encontra aplicações importantes nos circuitos de potência alimentados por correntes alternadas. Com características que lembram o DIAC, os SIDACs podem ser utilizados com vantagens que o projetista precisa entender. Nesse artigo descrevemos um pouco desse componente que poucos já ouviram falar.
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 1 temos a curva característica desse componente.
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 um 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 seja ultrapassadas, ou seja, a corrente caia abaixo de certo valor ou a tensão aplicada também caia além de um certo valor. Para SIDACs típicos, como os fabricados pela ON ou NTE 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. Dentre as aplicações mais importantes indicadas para os SIDACs podemos citar:
- Protetores de sobretensão
- Flashers de xenônio
- Osciladores de Relaxação
- Starters de lâmpadas de vapor de sódio
- Ignição de sistemas que usam gás natural ou óleo
- Fontes de alimentação de alta tensão
APLICAÇÕES PRÁTICAS
A ON Semiconductor em um application note (AND8015/D apresenta uma aplicação prática interessante para o seu SIDAC MKP1V120RL.
Conforme mostra a figura 2, esse componente pode ser usado para estender a vida útil de lâmpadas incandescentes comuns.
Se bem que as lâmpadas incandescentes comuns não sejam mais muito utilizadas em iluminação doméstica existem equipamentos de diversos tipos como, por exemplo, pequenas estufas e secadores que fazem uso deste tipo de dispositivo. Um caso importante que é considerado ao se utilizar esse circuito, é que em lugares de difícil acesso, principalmente instalações externas, o custo e o trabalho de troca da lâmpada em caso de queima são significativos, devendo ser levado em conta o prolongamento de sua vida útil.
O dispositivo é ligado em série com a lâmpada e sua finalidade é diminuir a tensão RMS aplicada ao filamento e assim aumentar a durabilidade da lâmpada. Também deve-se considerar que uma leva redução da tensão RMS aplicada a lâmpada reduz o consumo de energia.
Segundo se afirma, a durabilidade da lâmpada pode ser aumentada entre 1,5 e 5 vezes, dependendo do tipo e potência. Nessa aplicação, como o SICAD comuta apenas com certa tensão, parte do semiciclo aplicado à lâmpada é cortada conforme mostra a figura 3.
Esse corte, diferentemente do que ocorreria com um redutor resistivo, não consume energia. O ângulo de condução, utilizando-se um SICAD para 120 V pode ficar entre 110 e 130 graus correspondendo à reduções de potência de 10 a 30%.
EMI
Deve-se observar que a comutação rápida de um SICAD faz com que esse dispositivo gere interferência eletromagnética. No caso prático de um circuito como o que mostramos, essa interferência vai aparecer principalmente em rádios AM que sejam ligados próximos da lâmpada.
Um filtro para redução desse ruído é mostrado na figura 4.
Será importante que a freqüência de ressonância do circuito fique acima do limite audível para que ele não gere ruídos audíveis quando em funcionamento. Na escolha do SICAD para uma determinada lâmpada deve-se levar em conta o pico de corrente que ocorre quando ela é ligada e o filamento se encontra frio (com menor resistência).
OUTROS CIRCUITOS
Na figura 5 temos um circuito de um Flasher Neon utilizando um SICAD da Teccor.
Essa empresa fabrica SIDACs de 79 a 330 V para aplicações como essa e seu endereço na Internet é dado no final do artigo. Esse circuito nada mais é do que um oscilador de relaxação onde a freqüência depende do resistor de carga do capacitor junto ao SICAD.
O resistor de 20 M pode ter seu valor alterado em função da aplicação.
O transformador utilizado é do tipo de pulso de 4 kV para disparo de lâmpadas comuns de xenônio. Na figura 6 temos um circuito de ignição de gás do tipo encontrado em fogões à gás comuns, gerando alta tensão também a partir de um oscilador de relaxação com um SIDAC.
Esse circuito também é sugerido pela Teccor.
Na figura 7 temos o circuito do oscilador de relaxação típico com SICAD com as fórmulas que permitem calcular os valores dos seus componentes.
Veja que os valores máximos e mínimos de R são críticos dependendo basicamente da tensão de entrada e das tensões de disparo e manutenção do SIDAC, além das correntes envolvidas. Observe também que a forma de onda desse circuito é dente-de-serra, mas com uma subida exponencial da tensão, dada pela carga do capacitor C.
CONCLUSÃO
SIDACs são comutadores rápidos com características próximas dos DIACs e que lembram um pouco as lâmpadas neon. No entanto, sua capacidade de operar com tensões e correntes elevadas permite que eles sejam utilizados em circuitos diretamente ligados à rede de energia. Um novo leque de possibilidades abre para os projetistas, principalmente de eletro-eletrônicos de potência ligados à rede, utilizando esse novo componente da família dos semicondutores.
Fabricantes de SIDACs:
On semicondutor – http://onsemi.com
NTE Electronics Inc – http://www.nteinc.com
Teccor Electronics – http://www.teccor.com
