Tiristores e retificadores controlados

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EE 833 Eletrônica de Potência

FEEC - UNICAMP

FACULDADE DE ENGENHARIA ELÉTRICA E DE COMPUTAÇÃO - UNICAMP
EE-833 ELETRÔNICA DE POTÊNCIA

TIRISTORES e RETIFICADORES CONTROLADOS
TEORIA

2.1 Introdução
Como vimos na teoria de conversores ac-dc estes tem aumentado bastante de uso
principalmente na entrada dos sistemas de potências de fonte chaveadas para
converter a rede em um sinal dc.Entretanto, algumas aplicações, tais como
carregadores de bateria e algumas classes de driver ac e dc de motores é necessário
que a voltagem dc seja controlada.
Deve-se notar que os retificadores não controlados é uma subclasse dos
conversores controlados.
Um conversor controlado completo é mostrado na figura 2.1 a) na forma de
diagrama de bloco. Para uma dada voltagem de linha ac, avoltagem média no lado
dc pode ser controlada de uma voltagem máxima positiva até uma voltagem mínima
negativa. A corrente dc Id não pode mudar de direção, como será visto. Portanto, um
conversor deste tipo só pode operar em dois quadrantes (no plano Vd – Id)
A figura 2.1 b) mostra que Vd e Id positivo implica em retificação onde o fluxo de
potência é do lado ac para o lado dc. No modo inversor, Vdtorna-se negativa (Id
ainda é positiva) e a potência é transferida do lado dc para o lado ac.
Vd

Id
1 ou 3
fases
50/60Hz

Retificação
Vd

Id
Inversão

b)

a)

Fig. 2.1 a) Conversor controlado b) Operação em dois quadrantes
Antes de estudarmos os conversores controlados vamos revisar de maneira rápida
o principal componente deste conversor, o tiristor.
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2.2 O Tiristor
O nome tiristor engloba uma família de dispositivos semicondutores que operam
em regime chaveado, tendo em comum uma estrutura de quatro camadas
semicondutoras numa seqüência p-n-p-n, apresentando um funcionamento biestável.
O tiristor de uso mais difundido é o SCR (Retificador Controlado de Silício),
usualmente chamado simplesmente detiristor. Outros componentes, no entanto,
possuem basicamente a mesma estrutura: LASCR (SCR ativado por luz), TRIAC
(tiristor triodo bidirecional), DIAC (tiristor diodo bidirecional), GTO (tiristor
comutável pela porta), MCT (Tiristor controlado por MOS).
2.2.1 Princípio de funcionamento
O tiristor é formado por quatro camadas semicondutoras, alternadamente p-n-pn, possuindo 3 terminais: anodo ecatodo, pelos quais flui a corrente, e a porta (ou
gate) que, a uma injeção de corrente, faz com que se estabeleça a corrente anódica.
A figura 2.2 ilustra uma estrutura simplificada do dispositivo.
Se entre anodo e catodo tivermos uma tensão positiva, as junções J1 e J3 estarão
diretamente polarizadas, enquanto a junção J2 estará reversamente polarizada. Não
haverá condução de corrente até que atensão Vak se eleve a um valor que provoque
a ruptura da barreira de potencial em J2 [2.1].
Rc (carga)

Vcc
Anodo
A

J1
P+

J2
N-

J3

Catodo

P

N+

Vcc
K

A

Rc
K

G
Gate

G

Rg

Vg

CH

Rg
Vg

Fig. 2.2 Funcionamento básico do tiristor
Se houver uma tensão Vgk positiva, circulará uma corrente através de J3, com
portadores negativos indo do catodopara a porta. Por construção, a camada P
ligada à porta é suficientemente estreita para que parte dos elétrons que cruza J3
possua energia cinética suficiente para vencer a barreira de potencial existente em
J2, sendo então atraídos pelo anodo.
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Desta forma, a junção reversamente polarizada tem sua diferença de potencial
diminuída eestabelece-se uma corrente entre anodo e catodo, que poderá persistir
mesmo na ausência da corrente de porta.
Quando a tensão Vak for negativa, J1 e J3 estarão reversamente polarizadas,
enquanto J2 estará diretamente polarizada. Assim, o tiristor bloqueará o fluxo de
portadores enquanto não for superada a tensão de ruptura das duas junções.
É comum fazer-se uma analogia entre o funcionamento do...
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