trabalho reserva de scr-scs.doc

7/24/2019 trabalho reserva de SCR-SCS.doc

1/18

Introduo:

O SCR, tambm conhecido como tiristor, um dispositivo semicondutor NPNP de 4camadas. Em seu estado normal o SCR bloqueia a passagem de corrente ou tens!o"entre os seus dois terminais. Porm quando o eletrodo do #$%E submetido a umavoltagem apropriada, a corrente passar& livremente e levando a carga ao estado ligado'ON'". Se a voltagem nos dois terminais do dispositivo (or invertida o mesmo ir&assumir um estado de alta imped)ncia novamente, n!o podendo mais ser ativado por uma tens!o no gate. Ou se*a, o SCR equivale a um reti(icador convencional, e+ceto queo gate controla o in cio do seu (uncionamento, a partir de quando o dispositivo se tornaindependente da tens!o do gate. $inda vale ressaltar que um outro dispositivo, o #ateControlled S-itch C#S" e+erce as mesmas (un /es do SCR, mas retm o controlemesmo quando o dispositivo esta no estado ligado 'ON'".

Funcionamento Fsico:

Naturalmente qualquer dispositivo NPNP deveria bloquear a passagem de corrente emqualquer dire !o, pois em ambas haveria ao menos uma *un !o P0N reversamente polari1ada. Essa propriedade ser& primeiramente analisada, e em seguida e+plicaremos a passagem deste estado para o estado condutor sob o controle do gate. $ntes porm(aremos uma pequena revis!o sobre *un /es P0N.

Dopagem:

O germ)nio e o sil cio s!o elementos tetravalentes de estrutura cristalina tipotetradrica, com liga /es por coval2ncia, assemelhando0se ao diamante. Cada &tomo cercado por quatro vi1inhos, sendo as liga /es (eitas por quatro pares eletr3nicos. Osquatro eltrons de val2ncia do &tomo de germ)nio considerado entram na composi !odestes pares, os outros eltrons s!o (ornecidos pelos &tomos vi1inhos do &tomoconsiderado. Os eltrons de val2ncia s!o os nicos que participam dos (en3menos decondu !o eltrica do semicondutor.


2/18

O sil cio basicamente e+tra do da areia e tem sido utili1ado por sculos na (abrica !ode utens lios de (erro, porcelana e ti*olos. Na sua (orma pura n!o presta 5 constru !o dedispositivos e(icientes6 sua condutividade muito pequena para usos pr&ticos. $ eles s!omisturadas, ent!o, 'impure1as' &tomos de outros elementos com apro+imadamente asmesmas dimens/es dos &tomos do semicondutor" tri ou pentavalentes na propor !o, em

peso, de algumas partes por milh!o. $ 'dopagem' do semicondutor, como chamada a prepara !o da liga, (eita sempre sobre cuidadoso controle e tem como ob*etivo redu1ir a resistividade do material. O sil cio dopado ent!o, pode atuar como condutor ou comon!o condutor, dependendo da polaridade de uma carga eltrica aplicada no material. Seas impure1as (orem elementos trivalentes, o semicondutor denominado tipo P de positivo", se (orem pentavalentes, tipo N de negativo". Na verdade quando isoladosambos tipos s!o eletricamente neutros, mas semicondutores do tipo N possuem eltronslivres um para cada &tomo de impure1a", enquanto semicondutores tipo P possuemlacunas livres buracos aptos a receberem eltrons".

Dopagem de elementos semicondutores

Densidade de impurezas e largura das regies p e n


3/18

Junes P-N:

7ma *un !o P0N a regi!o que separa um semicondutor do tipo p de outro do tipo n.

Essa regi!o possui caracter sticas muito peculiares, o que *usti(ica a grande diversidadede dispositivos semicondutores e+istentes. Naturalmente qualquer *un !o deste tipo possui uma propens!o a condu1ir corrente no sentido p 5 n lembrando que a correnteeltrica sempre arbitrada no sentido contr&rio ao do (lu+o de eltrons". Ou se*a, oseltrons e+cedentes s!o requisitados pelos buracos e+cedentes. 8as essa corrente n!oocorre espontaneamente porque os dois tipos de semicondutores s!o eletricamenteneutros e um eltron que se desprende do seu &tomo so(rer& uma (or a de atra !o (or ade Coulomb" do pr9ton com o qual ele con(igurava um 'estado ligado'. Porm umacorrente e+terna pode (ornecer os eltrons necess&rios para neutrali1ar os pr9tons. 8as asitua !o n!o assim t!o simples, con(orme analisaremos.

Em seu estado natural sem voltagem e+terna", uma *un !o P0N cria umaregio dedepleo ao seu redor, cu*a largura depende da concentra !o de impure1as em ambostipos de semicondutores que podem e normalmente s!o di(erentes dos dois lados da *un !o" e tambm da temperatura. No material tipo n essa regi!o possui carga positiva e caracteri1ada pelas lacunas dos eltrons que atravessaram a *un !o aleatoriamente" e(oram coletados pelas lacunas do material tipo p. Consequentemente, no material tipo pessa regi!o ter& uma carga negativa, pois a mesma caracteri1ada pelos eltronscoletados do semicondutor tipo n. Esta separa !o de cargas gera um campo eltricointerno, que atua como uma barreira de potencial a qual os pr9+imos eltrons quetentarem cru1ar a *un !o dever!o suportar. Essa barreira normalmente pro*etada parater um valor de apro+imadamente :,; volt e respons&vel pela caracter stica universaldos diodos.


4/18

" #strutura NPNP:

Con(orme mencionado anteriormente um SCR constru do dopando0se quatro materiaise concatenando0os de modo a (ormar uma seq?2ncia NPNP com tr2s *un /es P0N, duasem um sentido e uma no outro. $plica0se ent!o uma tens!o no anodo terminal do

material tipo p e+terno" em rela !o ao catodo terminal do material tipo n e+terno".@esta (orma polari1a0se diretamente as duas *un /es de mesmo sentido e reversamente aterceira *un !o. Esta ltima impede, a princ pio, a condu !o de corrente pelodispositivo. 8as se aplicarmos uma tens!o a se !o tipo p interna a ser chamada de#$%E", con(orme a (igura A.B, podemos polari1ar diretamente todas as *un /es P0N,levando a carga ao estado 'ON'.

" #strutura NPNP$ " diagonal sim%oliza o corte irtual do dispositi o$

Para analisar o SCR podemos utili1ar uma 9tima analogia. maginando um corte virtualnos dois materiais internos da sua estrutura podemos interpret&0la como dois transistores bipolares distintos conectados con(orme a (igura A.4, podendo desta (orma aplicar aan&lise usual de transistores. Nela temos um transistor pnp e um npn. Em ambos oemissor representado pelo bloco e+terno 5 esquerda no npn e 5 direita no pnp". $s bases s!o representadas pelos blocos do meio e os coletores pelos blocos internos 5direita no npn e 5 esquerda no pnp". Ou se*a, a base de um (ica ligada ao coletor dooutro.


5/18

"n&logo de ' (ransistores para a #strutura NPNP

Da1endo isso chegamos a conclus!o que para o dispositivo condu1ir ganho de malha(echada igual a unidade" necess&rio que os par)metros a de ambos transistores sesomem de modo que a) * a ' ) , levando ambos transistores a satura !o. Porm se a

soma (or maior do que) , uma ve1 que o dispositivo comece a condu1ir ele n!o bloquear& *amais. @e (ato imposs vel dopar os materiais de modo a ter precisamente a) * a ' F ) . O ponto crucial do controle do #$%E reside no (ato deambos par)metros a serem (un /es da temperatura e da corrente. $ssim, dopa0se osmateriais de modo a (a1er o valor da soma ser menor que) para temperaturas usuais, oque n!o t!o simples pois a depend2ncia em rela !o a temperatura grande e uma ve1que valores da soma muito pequenos impossibilita a ativa !o do dispositivo.Dornecendo0se uma corrente e+terna ao gate, aumentamos a corrente no emissor de


6/18

Figura / caracterstica corrente-tenso

0aneiras de disparar um tiristor

Podemos considerar cinco maneiras distintas de (a1er com que um tiristor entre emconduc!o=

a) Tenso


7/18

Digura B.> Caracter stica est&tica do tiristor.

Digura B.L Condi /es para disparo de tiristor atravs de controle pela porta.

c) Taxa de crescimento da tenso direta


8/18

7ma ve1 que a capacit)ncia cresce com o aumento da &rea do semicondutor, oscomponentes para correntes mais elevadas tendem a ter um limite de dvMdt menor.Observe0se que a limita !o di1 respeito apenas ao crescimento da tens!o direta JaK :". $ ta+a de crescimento da tens!o reversa n!o importante, uma ve1 que as correntesque circulam pelas *un /es IG e IB, em tal situa !o, n!o tem a capacidade de levar o

tiristor a um estado de condu !o.Como se ver& adiante, utili1am0se circuitos RC em paralelo com os tiristores com oob*etivo de limitar a velocidade de crescimento da tens!o direta sobre eles.

d) Temperatura

$ altas temperaturas, a corrente de (uga numa *un !o p0n reversamente polari1ada dobraapro+imadamente com o aumento de o C. $ssim, a eleva !o da temperatura pode levar a uma corrente atravs de IA su(iciente para levar o tiristor 5 condu !o.

e) Energia radiante

Energia radiante dentro da banda espectral do sil cio, incidindo e penetrando no cristal, produ1 consider&vel quantidade de pares eltron0lacuna, aumentando a corrente de (ugareversa, possibilitando a condu !o do tiristor. Este tipo de acionamento o utili1ado nosH$SCR, cu*a aplica !o principal em sistemas que operam em elevado potencial, ondea isola !o necess&ria s9 obtida por meio de acoplamentos 9ticos.

1. MODOS DE DISPARO DE UM SCR:

7m SCR disparado entra em condu !o" quando aumenta a Corrente denodo $ , atravs de uma das seguintes maneiras=

orrente de 1atil!o I 12 :

Q o procedimento normal de disparo do SCR.


9/18

componente, um e+emplo de curva de disparo pode ser encontrado no ane+o destedocumento.

Como entre o gatilho e o c&todo h& uma *un !o PN, temos uma tens!o deapro+imadamente :,;J. @esta (orma, analisando o circuito da (igura >.A. podemosdeterminar os requisitos para o circuito de disparo do SCR.

$ssim, a tens!o J@ SP$ROnecess&ria para proporcionar a corrente dedisparo # atravs da resist2ncia limitadora R # pode ser dada por=

V DISPA ! I G G U :,;

7m SCR pode disparar por ru do de corrente no gatilho. Para evitar estesdisparos indese*&veis devemos utili1ar um resistor R # entre o gatilho e o c&todoque desviar& parte do ru do, como indica a (igura >.B. Em alguns tipos de SCR, aresist2ncia R # *& vem internamente no componente para diminuir suasensibilidade.

orrente de .eteno e orrente de 0anuteno

Para entrar em condu !o o SCR deve condu1ir uma corrente su(iciente, cu*o

V

D

I

S

P

A

R

O

IG


10/18

valor m nimo recebe o nome de Corrente de Reten !o H "atc#ing $urrent ". O SCR n!o entrar& em condu !o se a Corrente de #atilho # (or suprimida antes que aCorrente de nodo $ atin*a o valor da Corrente de Reten !o H.

7ma ve1 retirada a corrente de gatilho, a m nima Corrente de nodo $ paramanter o SCR em condu !o chamada Corrente de 8anuten !o V %olding $urrent ". Se a Corrente de nodo (or menor que a Corrente de 8anuten !o, as barreiras de potencial (ormam0se novamente e o SCR entrar& em Wloqueio.

$ Corrente de Reten !o maior que a Corrente de 8anuten !o I3 4 I5 ". Ovalor de H em geral de duas a tr2s ve1es a corrente de manuten !o V. $mbasdiminuem com o aumento da temperatura e vice0versa.

Q por este motivo que di1emos que o SCR uma!a e de .eteno ou%ravamento" porque uma ve1 em condu !o, permanece neste estado enquanto aCorrente de nodo $ (or maior que a Corrente de 8anuten !o $ V", mesmosem corrente no gatilho # ".

,o%retemperatura:O aumento brusco da temperatura aumenta o n mero de pares eltrons0lacunas

no semicondutor provocando maior corrente de (uga, o que pode levar o SCR aoestado de condu !o. O disparo por aumento de temperatura deve ser evitado.

,o%retenso:

Se a tens!o direta )nodo0c&todo J$ (or maior que o valor da tens!o deruptura direta m&+ima J@R8 JWO", (luir& uma corrente de (uga su(iciente paralevar o SCR ao estado de condu !o.sto acontece porque o aumento da tens!o J$ em polari1a !o direta aceleraos portadores de carga na *un !o IA que est& reversamente polari1ada, podendoatingir energia su(iciente para provocar a avalanche e disparar o SCR. Este (en3meno(a1 com que muitos eltrons choquem0se e saiam das 9rbitas dos &tomos dosemicondutor (icando dispon veis para condu !o e permitindo o aumento da correntede (uga no SCR e levando0o ao estado de condu !o.

O disparo por sobretens!o direta diminui a vida til do componente e, portanto,deve ser evitado.

$ aplica !o de uma sobretens!o reversa, ou se*a, uma tens!o )nodo0c&todomaior que o valor da tens!o de ruptura reversa m&+ima JRR8 ou J WR " dani(icar&o componente.

Degrau de (enso d 6dt 7 86 t9:

Se a ta+a de crescimento da tens!o )nodo0c&todo J$ no tempo (or altasubida muito r&pida da tens!o J$ " pode levar o SCR ao estado de condu !o. Em

polari1a !o direta a Iun !o IA est& reversamente polari1ada e se comporta como umcapacitor carregado.

Num capacitor a corrente de carga relaciona0se com a tens!o pela e+press!o=


11/18

$ssim, quando (or aplicada uma tens!o J$ a capacit)ncia da Iun !o IA(ar& circular uma corrente no gatilho tanto maior quanto maior (or a varia !o datens!o no tempo vM t". Esta corrente no gatilho pode ser su(iciente paradisparar o SCR.

O valor m&+imo de dvMdt dado pelo (abricante em cat&logos. O disparo por degrau de tens!o deve ser evitado pois pode provocar queima do componente oudisparo intempestivo. O circuito de prote !o chamado deSnubber e ser& estudadoadiante.

3uz ou .adiao:

Se (or permitida a penetra !o de energia luminosa lu1" ou radiante (9tons,raios gama, n2utrons, pr9tons, eltrons ou raios X" nas *un /es do semicondutor,haver& maior combina !o de pares eltrons0lacunas, provocando maior corrente de(uga, o que pode levar o SCR ao estado de condu !o. Q o caso do SCR ativado por lu1, chamado (oto0SCR ou H$SCR "ig#t&Activated Silicon $ontrolled ecti'ier ".

BLOQUEIO OU COMUTAO DO SCRO desligamento de um SCR chamado de Wloqueio ou Comuta !o. O SCR

uma chave de reten !o, ou se*a, uma ve1 disparado e condu1indo, o gatilho perde ocontrole. $ nica (orma de bloquear um SCR redu1ir a corrente de )nodo $ paraum valor menor que o valor da corrente de manuten !o V durante um certo tempo.Este o tempo necess&rio para o desligamento do SCR, to(( .

@evemos portanto lembrar= @iodos e SCRYs somente bloqueiam quando praticamente e+tinta a

corrente entre )nodo0c&todo e n!o por aplica !o de tens!o reversa. Para um SCR comutar, ou se*a, passar do estado de condu !o para o estado

de n!o condu !o, tambm chamado de bloqueio, a Corrente de nodo $deve ser redu1ida a um valor abai+o do valor da corrente de manuten !o

i

=

$

d

v

$ d t


12/18

V, durante um certo tempo tempo de desligamento tq".

O tempo de desligamento da ordem de >: a G::s para os SCR normaise de > a G: s para os SCR r&pidos.

omutao Natural:$ Comuta !o Natural acontece quando a Corrente de nodo $ (or redu1ida a

um valor abai+o da Corrente de 8anuten !o V. $ Corrente de 8anuten !o cercade G::: ve1es menor que a corrente nominal do SCR.

Em circuitos de corrente alternada a corrente passa por 1ero em algummomento do ciclo. sso *& su(iciente para o bloqueio do SCR em (req?2nciascomerciais >: ou L:V1". $ Digura ;.G apresenta um circuito em que ocorre aComuta !o Natural. Dechada a chave ChG e pulsando a chave ChA o SCR entra emcondu !o e permanece at que o momento em que a corrente passe por 1ero no cicloalternado. Nesse momento $ Z V e o SCR bloqueia.

omutao Forada:

Em circuitos de corrente cont nua a tens!o permanece positiva no )nodo.Como a corrente n!o diminui naturalmente, deve0se provocar a redu !o da Correntede nodo atravs da Comuta !o Dor ada. V& duas (ormas para isso=

@esviando0se a corrente por um caminho de menor imped)ncia provocando$ Z V6

$plicando0se tens!o reversa e (or ando0se a opera !o na regi!o de polari1a !o reversa. Note que isso tambm (ar& $ Z V.$ Digura ;.A apresenta um circuito para Comuta !o Dor ada onde a chave ChG

permitir& um caminho que drenar& a corrente do SCR levando0o ao bloqueio.


13/18

Comuta !o (or ada por chave

$ Digura ;.B apresenta um circuito para Comuta !o Dor ada atravs de umcapacitor.


14/18

Se a chave estiver (echada ,haver& uma corrente de porta durante o ciclo positivo dosinal de entrada ,ligando o SCR . O resistor RG limita a corrente de porta .


15/18

at o valor necess&rio para o disparo , que pode ser estabelecido em qualquer pontoentre : e \: graus , con(orme mostrado na (igura . Se RG (or pequeno , O SCR disparaquase que imediatamente , resultando na mesa a !o do circuito da (igura G G : graus dcondu !o" . Porm , con(orme apontado acima , aumentado RG ser& necess&ria umatens!o de entrada maior positiva" para disparar o SCR . Con(orme a (igura A ,o controle

pode ser (eito ap9s a (ase de \: graus , uma ve1 que o valor m&+imo da entrada ocorreneste ponto . Se o disparo (alhar neste ponto e nos pontos anteriores , quando o sinal deentrada est& aumentado , dever& acontecer o mesmo quando o sinal estiver diminuindo .Em termos tcnicos , essa opera !o chamada controle de (ase de meia onda por resist2ncia vari&vel . Q um mtodo e(etivo de controle da corrente rms e , portanto , da pot2ncia de carga .

7ma terceira aplica !o bastante comum do SCR no regulador de carregador de bateria. $ (igura B" mostra os componentes (undamentais ao circuito .

O circuito de controle (oi sombreado , indicando que n!o ser& por n9s discutido .

Con(orme indicado na (igura @G e @A (a1em com que o sinal nos terminais do SCRGse*a um sinal reti(icado de onda completa , carregando a bateria de GA J .


16/18

que de(eitos transit9rios a(etem o SCR . Con(orme a carga continua , a tens!o da bateriasobe at o ponto em que Jr se*a su(icientemente alto para dar os GG J para ligar o 1ener e disparar o SCRA . Nessas condi /es o SCRA corresponder& a um curto circuito ,resultando no circuito divisor de tens!o determinado por RG E RA , que manter& JA emn vel muito bai+o para disparar o SCRG .


17/18

$ Chave Controlada de Sil cio SCS de S-itch Silicon0Controlled" umasemicondutor similar ao circuito de um SCR onde adicionado outro terminal e+terno,ligado 5 base do transistor doe topo e o colector do transistor in(erior, temos umdispositivo conhecido como um interruptor de sil cio controlado, ou SCS.

Este terminal e+tra permite um controle para desligar o dispositivo, quando a corrente principal atravs do dispositivo n!o tenha ainda descido abai+o do valor corrente dereten !o. O1ate nodo o terminal usado para desligar Chave Controlada de Sil cio.O 1ate at!odo o terminal usado para ligar Chave Controlada de Sil cio. Por conseguinte, o motor n!o pode estar em srie com o )nodo.


18/18

W WHO#R$D $

http=MM---.corradi.*unior.nom.brM$postila]%iristor]SCR.pd(

http=MM---.gta.u(r*.brMgradM:G]GMscrM

http=MM---.dsce.(ee.unicamp.brM^antenorMhtml(ileMharmoM(pcapBMcapB.html

http://www.professorhumbertoifsp.pro.br

http://eletronicadepotenciai.blogspot.com.br/2013/02/aula-04-chave-controlada-de-silicio.html
http://www.corradi.junior.nom.br/Apostila_Tiristor_SCR.pdfhttp://www.gta.ufrj.br/grad/01_1/scr/http://www.dsce.fee.unicamp.br/~antenor/htmlfile/harmo/fpcap3/cap3.htmlhttp://www.professorhumbertoifsp.pro.br/http://eletronicadepotenciai.blogspot.com.br/2013/02/aula-04-chave-controlada-de-silicio.htmlhttp://eletronicadepotenciai.blogspot.com.br/2013/02/aula-04-chave-controlada-de-silicio.htmlhttp://www.corradi.junior.nom.br/Apostila_Tiristor_SCR.pdfhttp://www.gta.ufrj.br/grad/01_1/scr/http://www.dsce.fee.unicamp.br/~antenor/htmlfile/harmo/fpcap3/cap3.htmlhttp://www.professorhumbertoifsp.pro.br/http://eletronicadepotenciai.blogspot.com.br/2013/02/aula-04-chave-controlada-de-silicio.htmlhttp://eletronicadepotenciai.blogspot.com.br/2013/02/aula-04-chave-controlada-de-silicio.html

trabalho reserva de scr-scs.doc

Documents