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Capítulo 7
Técnicas de comutação de tiristores
Técnicas de comutação de tiristores
Introdução
- Disparo: pulso de sinal no terminal de gatilho (forma controlada)
- Em condução, há uma pequena queda de tensão entre anodo e catodo (0,25 a
2V)
- Comutação do tiristor: procedimento de desligamento ou corte do tiristor
- Os tiristores são amplamente utilizados em circuitos de alta corrente e/ou
tensão, mesmo com o desenvolvimento de outras chaves eletrônicas com
disparo e comutação mais simples (circuitos mais simples)
Obs. Antes do estudo das técnicas de comutação (desligamento)
dos tiristores serão vistas as técnicas de disparo dos mesmos.
Técnicas de comutação de tiristores
Introdução (disparo)
Formas de disparo do tiristor:
- Por pulso de gatilho
- Por sobretensão (a ser
evitado)
- Por dv/dt (corrigido por um
snubber )
- Por aumento na temperatura
(a ser evitado)
- Por luz (LASCR – light
activated silicon controlled
rectifier)
Técnicas de comutação de tiristores
Introdução (disparo)
- Com CH1 fechada o tiristor fica diretamento polarizado
- Ao se fechar CH2: iB2↑ → iC2=iB1↑ → iC1↑ → iB2↑ → ação
regenerativa
- Uma vez iniciada a ação regenerativa CH2 pode ser aberta
sem que o tiristor deixe de conduzir.
Analogia com dois
transistores BJT
Técnicas de comutação de tiristores
Introdução (disparo)
Circuito (b):
- O circuito RxC causa um atraso adicional na tensão de gatilho, estendendo o disparo para além de 90º.
- D2 faz com que a tensão do capacitor acompanhe a tensão do semiciclo negativo da excitação, estabelecendo sempre a mesma condição inicial
quando do início do semiciclo positivo.
Técnicas de comutação de tiristores
Introdução (disparo)
DIAC
Justaposição de duas
estruturas PNPN:
P1N1P2N2 e P2N1P1N
Normalmente, para disparo, a
tensão V deve exceder a tensão
V BO do dispositivo (tensão de
disparo)
Técnicas de comutação de tiristores
Introdução (disparo)
Acionamento CA de uma carga utilizando-se um par
DIAC - TRIAC
Para carga resistiva
Técnicas de comutação de tiristores
Introdução (disparo)
Acionamentos por transformadores de pulso
Seja o circuito abaixo,
analisado no cap. 6
O circuito de disparo tem um nó de
referência, se ele for conectado aos
catodos dos tiristores (SCRs), surgirá
um curto-circuito. A solução poderia ser
obtida pelo uso de transformadores de
pulso.
Técnicas de comutação de tiristores
Comutação forçada - Autocomutação
- Em circuitos com alimentação CC a comutação natural não
ocorre.
- Utilizam-se circuitos de comutação (usada em conversores CC-
CC ( choppers ) e CC-CA (inversores)
- Autocomutação (devido às características naturais do circuito) – Seja T 1 disparado em t=0s :
Fig. 7.
= sen ω t p <ω t < π L
C i t V m m
I
S
p
() ( ) / 0
123
v t V ( t ) ω t π C S m m
()= 1 −cos( ω ) p/ 0 < <
LC
m ω =^1
Em t Tdesliga e 0 1
= π LC vC^ (t 0 ) =^2 VS
Técnicas de comutação de tiristores
Comutação forçada - Autocomutação
Fig. 7.
Essa topologia será utilizada na
comutação por impulso, a seguir.
Seja 0 e 0 0 ,com 0 0
C S v( ) -V i( ) V
∫
Para Tdisparadoem 0 , 1 0 idt ( V ) dt C
di t s L
= sen ω t <ω t < π L
C i t V m m ( ) ( ) p/ 0 0
v t V t ω t π C O m m
()= − cos( ω ) p/ 0 < <
Técnicas de comutação de tiristores
Comutação forçada – Comutação por impulso (ou comutação por tensão)
Fig. 7.
Para comutar T 1 , o mesmo deve ser polarizado reversamente.
Circuito de comutação
- Inicialmente, supor T 1 conduzindo (corrente Im ) e C carregado com vC(t) = -V 0 = -VS
- Quando T 2 for disparado → T 1 fica reversamente polarizado (é desligado)
- T 2 conduzirá a corrente da carga, até C ficar carregado → vC(t) varia de -V 0 =-VS a VS
→ T 2 é desligado (corrente cai abaixo da corrente de manutenção)
- Ao se disparar T 3 ocorre o mesmo visto na figura 7.3, vC(t) → -V 0 =-VS
T 1 é o tiristor principal
Técnicas de comutação de tiristores
Fig. 7.
Durante a
comutação
Circuito equivalente
Tempo de desligamento ( t off ):
- Até que v C (t) alcance 0V
- Deve ser maior que t q (tempo de
desligamento do tiristor – aprox. t rr
Seja a corrente de carga ( I m ) é constante:
C
I t I dt C
V
moff
t
O m
off
∫ 0
q m
O off t I
VC
t = quedevesermaiorque
Comutação forçada – Comutação por impulso (ou comutação por tensão)
Desvantagem do procedimento:
Tempo de comutação depende da
carga ( Im )
Técnicas de comutação de tiristores
Comutação forçada – Comutação por pulso ressonante
Fig. 7.
conduzir
- A energia no indutor será
armazenada no capacitor
Em t = t 2 →
2 2 2
wL ( t )= LIm Em^ t = t 2 +t 0 ,^ i(t 2 +t 0 )=0^ e^ wL(t 2 +t 0 )=
C S ∆ w t + t = C ∆ V ∆ V = V − V 0
2 2 0 ( ) ,onde
2
( ) Logo ( ) ( ) 2 0 2 w t t w t C L
Técnicas de comutação de tiristores
Comutação forçada – Comutação por pulso ressonante
Fig. 7.
Ao se disparar T 3 v C (t) irá de V 0 para -V 0
2 2
m
C ∆ V = LI
2 0 2 w t t w t C L
C
L
V I
m
C
L
V I
v t t V V V
S m
C S
2 0 0
De forma análoga ao já visto
m
off I
VC
t
1
Técnicas de comutação de tiristores
Comutação forçada – Comutação por pulso ressonante
Fig. 7.
Seja L
C
I
V
I
I
x
m m
p (^) 0 = =
Para reduzir a corrente
direta de T 1 p/ zero
x > 1
Na prática L e C são
escolhidos para x=1,
Também denominada comutação por corrente
toff também depende da carga ( Im )
Técnicas de comutação de tiristores
Comutação forçada – Comutação Complementar
Fig. 7.
O disparo de um
tiristor comuta o
outro tiristor.
Seja T 1 e T 2 bloqueados e com v C = 0 p/ t < 0
Se em t = 0s T 1 é disparado:
e v V 1 - e p/ 0
2
2 1 2
C S
1 2
^ >
−
−
t
e R
V
i i R
V
i
R C
t
RC
t S C R
S R
Se em t = t 1 (ex: t 1 >5R 2 C) T 2 for disparado → T 1 comuta
1
( )
S
( )
C S
( )
2 1
e v Ve V 1 - e p/
1
1 1
1
1
1
2
t t
e R
V
i R
V
i
R C
tt RC
tt
RC
tt
S C
S R
−− − −
−−
Se em t = t 2 (ex: (t 2 -t 1 )>5R 1 C) T 1 for disparado
→ T 2 comuta
iR1 i R
