Circuitos básicos com interruptores, diodos e tiristores

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1.1 CIRCUITOS DE PRIMEIRA ORDEM

1.1.1 Circuito RC em Série com um Tiristor Seja o circuito apresentado na Fig. 1.1.

Fig. 1.1 - Circuito RCT série.

Antes do disparo do tiristor, o capacitor C está descarregado e vC=0. No instante t=0, o tiristor é disparado. Assim tem-se (1.1) e (1.2).

Substituindo (1.2) em (1.1) obtém-se a expressão (1.3).

Resolvendo a equação (1.3), obtém-se a expressão (1.4).

Derivando-se a expressão (1.4) e multiplicando por C, obtém-se a corrente, dada pela expressão (1.5).

RCt iC e R

As formas de onda de vC(t) e iC(t) em função do tempo são apresentadas nas Fig. 1.2.

A partir do instante em que a corrente se anula, o tiristor readquire a sua capacidade de bloqueio.

iCvC

R iV

Fig. 1.2 - Tensão e corrente no capacitor.

1.1.2 Circuito RL em Série com um Tiristor Seja o circuito representado na Fig. 1.3.

iL vL

RL vR

- Fig. 1.3 - Circuito RLT série.

Antes do disparo do tiristor, a corrente no indutor é nula. No instante t=0 o tiristor é disparado. Assim tem-se as equações (1.6) e (1.7).

Conversores C-C Isolados de Alta Freqüência com Comutação Suave 2

)t(iR dt

iL e1 R

L tR

As formas de onda estão representadas nas Fig. 1.4.

iLvL

R iV

Fig. 1.4 - Tensão e corrente no indutor.

Na estrutura apresentada, a extinção do tiristor só é possível com o emprego de circuitos auxiliares, denominados “circuitos de comutação forçada”.

1.1.3 Circuito com Diodo de Circulação Seja a estrutura apresentada na Fig. 1.5.

Cap. I – Circuitos Básicos com Interruptores, Diodos e Tiristores 3

(a) (b) iL vL

RL vR iL vL

RL vR

Fig. 1.5 - Circuito com diodo de circulação. (a) Primeira etapa. (b) Segunda etapa.

Na primeira etapa o interruptor S está fechado e o diodo D está bloqueado. As expressões (1.10), (1.1) e (1.12) definem esta etapa.

R VIio= (1.10)

No instante t=0, o interruptor S é aberto. A presença do indutor L provoca a condução do diodo D, iniciando a segunda etapa de funcionamento, também denominada de etapa de circulação ou rodalivre. Tem-se portanto a equação (1.13).

Resolvendo-se a equação (1.14) obtém-se (1.15).

L tR

Conversores C-C Isolados de Alta Freqüência com Comutação Suave 4

Durante a etapa de circulação a energia acumulada em L é transformada em calor em R. A desmagnetização do indutor é tanto mais rápida quanto maior for o valor de R.

Caso não houvesse o diodo no circuito, no instante de abertura de S o indutor provocaria uma sobretensão, que seria destrutiva para o interruptor. A energia dissipada em R é dada pela expressão (1.16):

1.1.4 Circuito com Diodo de Circulação e com Recuperação

Em muitas aplicações práticas em que ocorre o fenômeno mencionado, pode ser importante reaproveitar a energia inicialmente acumulada no indutor. O circuito básico que possibilita a recuperação está representado na Fig. 1.6. No instante t=0, em que o interruptor é aberto, a corrente no indutor é igual a Io.

Durante a circulação pelo diodo, o circuito é representado pelas equações (1.17) e (1.18).

iL V dt

t L

Fig. 1.6 – Circuito com diodo de circulação e com recuperação.

Quando a corrente iL se anula, tem-se t=tf. Assim escreve-se (1.19).

Cap. I – Circuitos Básicos com Interruptores, Diodos e Tiristores 5 f E ILt= (1.19)

Portanto, quanto maior for o valor de E1, menor será o tempo de recuperação tf. Toda a energia inicialmente acumulada no indutor é transferida à fonte E1.

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