SCRs e Triacs podem ser usados como eficientes chaves de controle e relés em circuitos de corrente alternada e mesmo de corrente contínua. Substituindo elementos mecânicos, capazes de operar com correntes muito menores de comando, os tiristores podem substituir com vantagens os equivalentes mecânicos e eletromecânicos. Veja neste artigo alguns exemplos de como isso pode ser feito, e as vantagens obtidas.
Tiristores como relés e chaves (ART517)
SCRs e Triacs são eficientes elementos de controle para circuitos de potência. Sua grande vantagem está na velocidade de operação, possibilidade de ser controlado por sinais fracos e além disso a não existência de partes mecânicas.
As desvantagens estão na ausência de isolamento, eventual geração de transientes e EMI e curva característica não linear com um limiar de condução capaz de gerar harmônicas na linha.
No entanto, se a aplicação não for sensível a qualquer desses problemas, pela facilidade de implementação e simplicidade de uso, o tiristor pode ser vantajoso como chave ou relé.
A seguir, damos alguns exemplos de circuitos que podem ser implementados para essa finalidade.
Chave de Potência NA
O primeiro circuito que sugerimos, é mostrado na figura 1, fazendo uso de um TRIAC para controlar uma carga de alta potência a partir de um interruptor ou sensor de baixa corrente.
A vantagem deste circuito está na sua velocidade muito alta de comutação, menor que 10 us, o que é muito mais do que o obtido com relés comuns. O disparo do Triac se dá logo no início dos semiciclos, obtendo-se a transferência praticamente de toda potência para o circuito de carga.
O resistor R deve ser selecionado para proporcionar a corrente de disparo exigida pelo Triac usado. Para Triacs que exigem 50 mA de corrente de disparo, o valor recomendado nas redes de 110 V a 240 V é 100 Ω.
Observe que, ao fechar a chave, o resistor R ficará ligado em série com a resistência de carga. Isso significa uma forma de onda como a mostrada na figura 2.
Isso significa que o resistor deve estabelecer nessas condições uma tensão menor do que a exigida para o disparo, de modo a garantir a passagem da condição de disparo para o semiciclo seguinte.
É importante também levar em conta o circuito snubber formado por R2 e C1 quando o circuito controlar cargas indutivas.
O elemento de controle pode ser uma chave ou sensor de baixa corrente de acordo com o exigido pelo disparo do Triac.
Chave Normalmente Fechada
Na figura 3 temos um circuito em que se utiliza um SCR para controlar uma carga de corrente alternada como um elemento de aquecimento, com a inclusão de uma ponte retificadora.
Na aplicação original deste circuito, sugerido pela Teccor (www.teccor.com), o elemento sensor é um termostato que tem seus contactos normalmente fechados, quando a temperatura está abaixo do valor previsto como máximo.
Quando a temperatura cai, o termostato abre seus contactos e com isso o SCR dispara pela ação do resistor R1.
Esse resistor depende do termostato e do SCR usado. O calor indicado é para o SCR S2010LS2 da Teccor e um termostato de mercúrio em invólucro de vidro.
É claro, que o mesmo circuito pode ser usado com outros tipos de sensores, controlando o nível de reservatórios, intensidade de iluminação, etc.
Com os componentes usados, a corrente no termostato quando fechado será menor do que 250 uA rms.
Chave Óptica Normalmente Fechada
Na figura 4 temos uma variação do circuito anterior que permite a utilização de uma chave óptica para o controle de cargas de alta potência usando um Triac.
Para obter um controle de onda completa, o sensor que consiste num opto-acoplador com foto-transistor é ligado a uma ponte de onda completa.
O Diac pode ser de qualquer tipo e o resistor deve ser selecionado de modo a proporcionar a corrente de disparo exigida pelo Triac. Os valores dados no diagrama são para o Triac Q208L1 da Teccor.
O circuito se mantém no estado de não condução quando o LED se encontra alimentado. Como existe um isolamento entre o circuito de controle e o circuito controlado, podemos usar a porta paralela ou outro interfaceamento digital nesta aplicação.
Acoplamento Óptico para Cargas Resistivas
Usando um Optodiac como o MOC3010 ou equivalente é possível controlar de forma simples cargas resistivas de alta potência com a ajuda de um Triac. A figura 5 mostra como isso pode ser feito.
O resistor R depende do tipo de lógica a ser usada na excitação. Para lógica TTL ou a porta paralela de um PC valores entre 330 Ω e 470 Ω são satisfatórios.
Para a rede de 110 V o optodiac recomendado é o MOC3010. Para a rede de 220 V deve ser usado o MOC3020. As pinagens desses dois componentes são iguais.
A Motorola tem outros componentes nesta série MOC cujas diferenças estão basicamente na corrente necessária à excitação do LED interno para o disparo.
Acoplamento Óptico para Cargas Indutivas
Para cargas indutivas, o circuito recomendado é o mostrado na figura 6.
Os valores dos resistores de 100 Ω eventualmente podem ser alterados em função das características de disparo do Triac usado.
Também é importante agregar um circuito snubber, para se evitar os picos de comutação da carga indutiva.
Como na versão anterior a série MOC3010 é usada para a rede de 110 V e a série MOC3020 para a rede de 220/240 V.
O valor de R1 depende da lógica usada para acionamento do circuito. Para saídas TTL e CMOS com 5 V valores entre 330 Ω e 470 Ω são os recomendados.
Acionamento para Cargas Indutivas de Baixa Potência
Na figura 7 temos uma outra possibilidade de se fazer o controle de uma carga indutiva usando um opto-diac.
Com o MOC3020, para a rede de 220 V os resistores usados são de 180 Ω.
Chave para Cargas de Alta Potência
Na figura 8 mostramos um circuito para acionamento de cargas de alta potência usando dois SCRs em paralelo e em oposição.
Observe que nesse circuito, o acionamento ocorre quando a saída do circuito lógico vai ao nível baixo. O resistor em série com a saída depende da lógica. Para TTL podem ser usados resistores de 330 Ω a 470 Ω.
O resistor de 100 Ω e o capacitor de 100 nF formam o circuito snubber que protege os semicondutores dos picos de comutação da carga indutiva.
Nesta aplicação é preciso tomar cuidado com a imunidade do acoplador óptico a eventuais ruídos.
Chave com Circuito Detector de Passagem por Zero
Os “zero crossing detectors” ou detectores de passagem por zero, são circuitos de extrema utilidade nos controles de potência que operam com correntes alternadas.
Esses circuitos geram um pulso justamente no momento em que a tensão passa por zero.
Existem acopladores ópticos que incluem este circuito, conforme mostra a aplicação da figura 9.
Nesse circuito, quando há a excitação de comando do LED do acoplador, o circuito espera a passagem da tensão alternada por zero para enviar o pulso de comutação e assim acionar o Triac.
Os acopladores MOC30, 31 e 32 são exemplos de acopladores para a rede de 220/240 V que podem ser usado neste circuito.
Este circuito também usa um snubber para proteger o triac e o valor de R2 é escolhido para proporcionar a corrente de disparo do Triac logo n o início do semiciclo.
Esse resistor de 22 Ω proporciona uma corrente de 220 mA aproximadamente quando a tensão chega a 5 V, o que significa um disparo bem no começo do semiciclo e assim uma potência quase total aplicada à carga.
Chave com Passagem por Zero Usando SCRs
Para disparar o circuito com dois SCRs em oposição, temos o circuito mostrado na figura 10.
Esse circuito é indicado para SCRs pouco sensíveis, já que temos um pico de corrente de disparo da ordem de 200 mA quando a tensão nos semiciclos atinge perto de 5 V.
Observe também que as cargas podem ser ligadas de qualquer lado do circuito.
O resistor de excitação tem seu valor determinado pelo tipo de lógica que faz o acionamento do circuito. Opto-diacs como o MOC3031/2/3 podem ser usados neste circuito.
O snubber é importante se cargas indutivas forem controladas.
Chave Temporizada
Na figura 11 temos um circuito de temporizador capaz de controlar diretamente uma carga de alta potência usando um Triac.
Observe que uma fonte sem transformador fornece a baixa tensão necessária a alimentação do 555.
A temporização é dada por R e C. Os valores de R devem estar entre 1 k e 1 M enquanto que os valores de C podem ficar entre 100 nF e 1 000 µF tipicamente. Para os capacitores de maior valor, é importante observar que não tenham fugas.
Conclusão
Selecionamos apenas algumas das possíveis aplicações de SCRs e Triacs como interruptores ou como relés de estado sólido.
Os circuitos apresentados são básicos, podendo ser alterados em função da aplicação ou dos próprios componentes usados.
As configurações entretanto permanecem e o leitor habilidoso saberá como usar cada uma na solução de seus problemas.
