ELT 313 – ELETRÔNICA DE POTÊNCIA Aula 07 –Tiristores · Prof. Heverton Augusto Pereira – Departamento de Engen haria Elétrica – UFV ELT 313 – ELETRÔNICA DE POTÊNCIA

Prof. Heverton Augusto Pereira – Departamento de Engenharia Elétrica – UFV

ELT 313 – ELETRÔNICA DE POTÊNCIA

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Aula 07 – Tiristores

Prof. Heverton Augusto PereiraUniversidade Federal de Viçosa - UFV

Departamento de Engenharia Elétrica - DEL Gerência de Especialistas em Sistemas Elétricos de Potência – Gesep

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Conteúdo

Tópicos01 - Introdução

02 - Diodos de potência e circuitos RLC chaveados

03 - Retificadores com diodos

04 - Transistores de potência

05 Conversores CC-CC

06 Tiristores

07 Retificadores controlados

08 - Controladores de tensão CA

09 - Conversores CC-CA

10 - Inversores de pulso ressonante



• Os tiristores convencionais conseguem passar de seu estado decondução para o de não condução somente quando sua corrente élevada a zero por outros meios.

• Os tiristores de desligamento pela porta (GTOs) são projetados paraconseguir controle tanto de entrada em condução quanto dedesligamento.

• Em comparação aos transistores, eles têm perdas menores no estadode condução e maior capacidade de potência. Os transistoresapresentam desempenho superior no chaveamento em termos demaior rapidez e perdas menores por comutação.

Introdução



� Símbolo do tiristor e três junções pn:

Características dos tiristores



� Seção transversal de um tiristor:




Modelo de tiristor com dois transistores



� Modelo de tiristor com dois transistores para o estado transitório:

Modelo de tiristor com dois transistores



� Circuito do tiristor e curva característica υ-i:




Ativação do tiristor� Térmica� Luz� Tensão elevada� ��/�� Corrente de acionamento




Um tiristor é ligado pelo aumento da corrente de anodo:

• Térmica: Se a temperatura de um tiristor for elevada, há umaumento no número de pares elétrons-lacunas, o que aumenta ascorrentes de fuga.

• Luz: Se for permitido que a luz atinja as junções de um tiristor, ospares elétrons-lacunas aumentam e o tiristor pode ser ligado.

• Tensão elevada: Se a tensão direta anodo-catodo for maior do que atensão direta de ruptura VBO, haverá um fluxo suficiente de correntede fuga para iniciar o disparo regenerativo.

Ativação do tiristor



� dv/dt: Um valor elevado da corrente de carga talvez danifique o tiristor,e o dispositivo deve ser protegido contra uma alta dv/dt.

� Corrente de acionamento: Se um tiristor estiver diretamentepolarizado, a injeção de corrente de acionamento pela aplicação detensão positiva entre os terminais da porta e do catodo o ligará.

Os seguintes pontos devem ser considerados:

� O sinal de acionamento deve ser removido após o tiristor ser ligado.Enquanto o tiristor estiver inversamente polarizado, não deve haversinal de acionamento.

Ativação do tiristor



� Um tiristor pode ser desligado pela redução da corrente direta para umnível abaixo da corrente de manutenção IH.

� Em todas as técnicas de comutação, a corrente de anodo é mantidaabaixo da corrente de manutenção por um tempo suficientementelongo para que todos os portadores em excesso nas quatro camadassejam eliminados ou recombinados.

� O tempo de desligamento, tq, é o valor mínimo do intervalo de tempoentre o instante em que a corrente no estado ligado vai a zero e aqueleem que o tiristor é capaz de suportar uma tensão direta sem ligar edepende do valor de pico da corrente e da tensão instantânea noestado ligado.

Desligamento do tiristor



Dependendo da constituição física e do comportamento de ligar e desligar,os tiristores podem ser genericamente classificados em 13 categorias:

1. Tiristores controlados por fase (SCRs)

2. Tiristores bidirecionais controlados por fase (BCTs)

3. Tiristores assimétricos de chaveamento rápido (ASCRs)

4. Retificadores controlados de silício ativados por luz (LASCRs)

5. Tiristores tríodos bidirecionais (TRIACs)

6. Tiristores de condução reversa (RCTs)

Tipos de tiristor



7. Tiristores de desligamento pela porta (GTOs)

8. Tiristores controlados por FET (FET-CTHs)

9. Tiristores desligados por MOS (MTOs)

10. Tiristores de desligamento (controle) pelo emissor (ETOs)

11. Tiristores de comutação por porta integrada (IGCTs)

12. Tiristores controlados por MOS (MCTs)

13. Tiristores de indução estática (SITHs)

Tipos de tiristor



Tiristores controlados por fase (SCRs)

• Controle de porta: corrente para ligar.sem controle de desligamento

• Controle: Liga com um sinal de pulso.Desliga com comutação natural

• Frequência de chaveamento: 60 Hz

• Queda de tensão no estado ligado: baixa

• Faixa de tensão: 1500V

• Faixa de corrente: 1000A

Tipos de tiristor



Tiristores bidirecionais controlados por fase (BCTs)

• Controle de porta: Tem duas portascorrente para ligar.sem controle de desligamento

• Controle:Liga com um sinal de pulso.Desliga com comutação natural



• Faixa de tensão: 6500V

• Faixa de corrente: 3000A

Tipos de tiristor



Retificadores controlados de silício ativados por luz (LASCRs)

• Controle de porta: sinal de luz para ligar.sem controle de desligamento

• Controle:Liga com um sinal de pulso.Desliga com comutação natural



Tipos de tiristor



Tiristores tríodos bidirecionais (TRIACs)


• Controle:Liga com um sinal de pulso. Vantagem de conduzir nos dois

sentidos.Desliga com comutação natural



Tipos de tiristor



Tiristores assimétricos de chaveamento rápido (ASCRs)


• Controle:Liga com um sinal de pulso. Vantagem de conduzir nos dois

sentidos.Desliga com comutação natural



Tipos de tiristor



Tiristores de desligamento pela porta (GTOs)

• Controle de porta: corrente para ligar.corrente para desligar.

• Controle:Liga com um sinal de pulso.Desliga com sinal de pulso negativo.



Tipos de tiristor



Tiristores desligados por MOS (MTOs)

• Controle de porta: Duas portascorrente para ligar.tensão para desligar.

• Controle:Liga com um sinal de pulso positivo de corrente na porta de

acionamento.Desliga com sinal de tensão positiva na portaMOS.

• Frequência de chaveamento: 5 kHz


• Faixa de tensão: 10 kV

• Faixa de corrente: 4 kA

Tipos de tiristor



� Características no estado desligado de dois tiristores:

Operação em série de tiristores



� Três tiristores conectados em série:




� Correntes diretas de fuga com divisão igual de tensão:




� Tempo de recuperação reversa e divisão de tensão:




� Quando tiristores são conectados em paralelo, a correntede carga não é compartilhada igualmente por conta dasdiferenças em suas características.

� Divisão de correntes em tiristores:

Operação em paralelo de tiristores



� Circuito de chaveamento de tiristor com indutor limitador de di/dt:

Proteção contra di/dt



� Circuito de proteção contra dv/dt:

Proteção contra dv/dt



• “Diodo para Corrente Alternada”• Sem terminal de porta• Condução bidirecional

DIAC - Introdução



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• Terminais arbitrários• Camadas semicondutoras (PNPN - NP)

Figura 1 – Seção transversal do DIAC Figura 2 – Seção de um tiristorcomum

Estrutura interna



Estrutura interna



Curva característica



v,i

t

Alimentação CA

Corrente do DIAC

Ativação do DIAC



• “Tríodo de Corrente Alternada”• Semelhança ao DIAC• Gate

TRIAC - Introdução



• Terminais arbitrários• Camadas (PNPN – NP)• Gate

Estrutura Interna



Estrutura Interna



Curva característica



Ativação do TRIAC



TRIAC:• Apresenta terminal de porta• Com controle de disparo• Baixa frequência de chaveamento• Principal Vantagem: bidirecionalidade• Principal Desvantagem: corrente máxima inferior a outros

tiristores

DIAC:• Sem terminal de porta• Sem controle de disparo• Baixa frequência de chaveamento• Principal Vantagem: bidirecionalidade• Principal Desvantagem: sem controle do disparo

Comparação



Aplicação



Tiristores de desligamento por porta

GTO E MCT



GTO – Tiristor de desligamento pela porta



Principais características:

● Ligado por pulso positivo de curta duração na porta.

● Desligado por pulso negativo de curta duração na porta.

● Requer 1% da corrente de porta do pulso de ligação durante o estado ligado.

● Não necessita circuito de comutação forçada.

● Altas frequências de chaveamento.

● Retenção de estado ligado e desligado.








0 1

2 3









R3 > R2




● O MCT reúne as características de um tiristor regenerativo de quatro camadas

com uma estrutura de porta MOS.

● Sinal de porta referenciado ao anodo.

● Perdas de chaveamento menores se comparado ao GTO.

MCT – Tiristor de desligamento pela porta controlado por MOSFET



Principais características:

● Ligado por pulso negativo/positivo de curta duração na porta.

● Desligado por pulso positivo/negativo de curta duração na porta.

● Alta impedância na porta

● Não necessita circuito de comutação forçada.

● Altas frequências de chaveamento.

● Baixa tensão de bloqueio reversa.







• GTOs e MCTs são tipos de tiristores com possibilidade de desligamento

por sinal de porta.

• Esse tipo de dispositivo simplifica muito o circuito de comutação e o

manejo do sinal de controle quando comparado a tiristores comuns.

• O MOSFET presente na porta do MCT aumenta a impedância de entrada,

a frequência de chaveamento, reduz as perdas de comutação e tornam o

dispositivo competitivo para aplicações de chaveamento de potencia.

Conclusões

Documents

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