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18. ISOLAMENTO E ACOPLAMENTO

Em circuitos tiristorizados existem diferentes tensões em diversos pontos. O circuito de potência que o tiristor controla é submetido a tensões elevadas, geralmente maiores de 100V. Já o circuito de controle do disparo é alimentado com baixas tensões, tipicamente até 30V.

Portanto, é necessário um circuito que isole eletricamente o tiristor e seu circuito de controle e os mantenha acoplados. A isolação e o acoplamento podem ser feitos por:

• Acopladores Magnéticos: transformadores de pulso (pulse transformers)

• Acopladores Ópticos: opto-acopladores (opto-couplers)

Tiristor SCR – Retificador Controlado de Silício 36

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18.1. Acoplamento Magnético

O isolamento elétrico e o acoplamento magnético é feito através de Transformadores de

Pulso. Os transformadores de pulso têm a vantagem de proporcionar um circuito de controle simplificado e isolado eletricamente do circuito de potência, evitando disparos indesejáveis gerados por realimentação do circuito de potência para o comando. Transferem os pulsos com baixas perdas, pequenas dimensões e enrolamentos isolados.

Construtivamente, os transformadores de pulso são semelhantes aos transformadores comuns: possuem dois (ou mais) enrolamentos eletricamente isolados. A diferença é que o núcleo é de ferrite e a relação de transformação geralmente é de 1:1 ou de 1:2. A figura 18.1. apresenta um circuito para acoplamento magnético. Quando um pulso é aplicado à base do transistor chaveador Q1, este satura e a tensão Vcc é aplicada ao primário do transformador de pulso induzindo uma tensão pulsada no secundário que é aplicada entre o gatilho e o cátodo do SCR. Quando o pulso for removido, Q1 corta e uma tensão de polaridade oposta é induzida no primário. O diodo DRL (diodo de roda livre) conduz para desmagnetizar o transformador de pulso. Durante este processo uma tensão reversa correspondente é induzida no secundário. Um capacitor para aumentar a largura do pulso pode ser ligado em paralelo com R1. O núcleo do transformador de pulso saturará devido à corrente C aplicada. Portanto, esse tipo de acoplamento é adequado para pulsos de 50 a 110µs, tipicamente.

Figura 18.1 – Circuito para Acoplamento Magnético

18.2. Acoplamento Óptico

Os acopladores ópticos foram desenvolvidos na década de 70 com a finalidade de acoplar e isolar circuitos que operam com diferentes níveis de potência. Consistem de uma fonte de radiação (luz), o foto-emissor, e de um elemento foto-sensor (foto-receptor), com alta sensibilidade na faixa de freqüência da radiação emitida. A luz é acoplada ao sensor através de um material isolante transparente ao através do ar.

Um circuito gerador de pulsos é ligado no foto-emissor do opto-acoplador, geralmente um

LED, que disparará o foto-receptor, que pode ser um foto-transistor, um foto-diodo, um foto-SCR, um foto-DIAC, etc.

Esse tipo de acoplamento requer uma fonte auxiliar Vcc para alimentar o opto-acoplador, o que aumenta o volume, peso e custo do circuito. A figura 18.2 apresenta um circuito para o acoplamento óptico a partir de uma fonte VCC. A figura 18.3 apresenta o acoplamento óptico a partir da própria fonte do circuito de potência VCA.

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Optoacoplador

Figura 18.2 – Acoplamento óptico com fonte VCC dedicada Optoacoplador

Figura 18.3 – Acoplamento Óptico a partir da fonte VCA

18.3. Proteção do Gatilho

Os circuitos de disparo e os acopladores devem ser conectados aos gatilhos dos SCR através de um ou mais componentes de proteção, cada qual com sua função, como indica a figura 18.4.

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Figura 18.4 – Componentes de proteção do gatilho do SCR Na figura 18.4 cada componente possui uma ou mais funções, sendo:

RGK -aumenta a capacidade de degrau de tensão (dv/dt) -reduz o tempo de desligamento

-aumenta as correntes de retenção e de manutenção

DGK -protege o gatilho contra tensões negativas

CGK -remove componentes de ruídos de alta freqüência -aumenta a capacidade de degrau de tensão (dv/dt)

R1 -limita a corrente de gatilho -amortece quaisquer oscilações transitórias

D1 -garante a unidirecionalidade (um só sentido) da corrente de disparo

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19. PROBLEMAS PROPOSTOS

P.1. Sabendo que a corrente mínima para disparo de um SCR é de 15mA e que o circuito proporciona uma tensão de 5V, qual o valor comercial da resistência RG a ser conectada ao gatilho? Explique.

P.2. Determine o valor máximo da resistência de carga que vai assegurar a condução do SCR no circuito abaixo. O SCR tem uma corrente de manutenção de 200mA. Explique.

Resp.: 1040Ω.

P.3. Uma fonte de tensão de 220Vef aciona uma resistência de carga de 10Ω através de um SCR. Determine o valor de uma indutância L a ser incluída no circuito para limitar o degrau de corrente em 20A/µs. Resp.: 15,6µH

P.4. Determine a corrente eficaz em um circuito com um SCR quando um amperímetro C indica 100A com um ângulo de condução de 60o. Resp.: 270A.

P.5. Um SCR tem VDRM de 600V, degrau de tensão máximo de 25V/µs, degrau de corrente máximo de 30A/µs e é usado para acionar uma carga resistiva de 100Ω. Dimensione os valores mínimos para o circuito snubber para que não ocorra acionamento intempestivo. Sendo a tensão aplicada de 311V, qual a resistência mínima para limitar a descarga em

5A? Explique. Resp.: 0,24µF; 4,5mΩ; 62,2Ω.

P.6. Obtenha os parâmetros da tabela 8.1 para os seguintes SCR: TIC-106D, TIC-116E, Aegis A1N60.10.H, Aegis A5F1000.20HY, Semikron SKT16/04C e BT151-500R.

P.7. Compare um SCR a um Diodo de Potência; P.8. Cite as condições necessárias para disparo e para o bloqueio de um SCR; P.9. Como deve ser o sinal adequado de disparo de um SCR? Porque? P.10. Qual a relação entre a tensão de disparo e a corrente de gatilho? P.1. Como pode haver disparos intempestivos? Como evitar? P.12. Qual a relação entre a corrente de retenção e manutenção? P.13. O que é e como se evitam os degraus de tensão e de corrente?

P.14. Qual o valor mínimo da indutância L para proteger um SCR contra dv/dt sendo seu valor de 10A/µs e a tensão de 220V? Como deve ser conectado?

P.15. Determine os valores dos componentes de um circuito snubber para as condições: VRRM = 200V

(dv/dt)max = 200V/µs (di/dt)max = 100A/µs

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