SCR Desmistificado: Como Retificadores Controlados de Silício Alimentam a Eletrônica Moderna

Todos ouvimos falar de um tiristor antes, mas e o tipo mais popular? Um SCR, que significa retificador controlado de silício, atua como um interruptor enquanto fornece muitos outros benefícios. Não só oferece capacidades de conversão CA-CC, mas também exibe a capacidade de controlar potência. Estes também oferecem uma ampla gama de aplicações para circuitos, apresentando mais controle.

Entender um SCR e como ele opera pode parecer bastante complexo. Então vamos começar! Neste artigo, apontaremos você na direção certa para aprender mais sobre este dispositivo.

O que é SCR

SCR (retificador controlado de silício) é um tiristor especial com capacidades de comutação LIGADO-DESLIGADO através de condições de polarização ou controle de entrada de porta. Seu símbolo parece idêntico a um diodo. Como o nome sugere, compreende silício que controla potência e transforma tensão CA em CC. Além disso, SCR vê mais implementações que outros tipos de tiristor, incluindo TRIAC, SCS e DIAC. Estes integram em um circuito CA.

(Símbolo de um SCR. Fonte: Tosaka/Wikimedia Commons)

Geralmente, o semicondutor SCR de quatro camadas PNPN consiste em três junções (J1, J2 e J3). Você encontrará J1 entre a primeira camada P e N, J2 entre a camada N e P, e finalmente, J3 entre a última camada P e N. Três terminais asseguram o ânodo (eletrodo positivo localizado na camada P superior), cátodo (encontrado na camada N), e porta. Além disso, a entrada serve como terminal de controle do SCR. Ambas as camadas P e N externas passam por dopagem pesada, enquanto as camadas P e N centrais passam por dopagem leve. Então, o terminal da porta conecta-se à camada P central. A corrente pode fluir através deste dispositivo unidirecional em uma direção e absorver na direção oposta.

Além disso, este dispositivo apresenta altas velocidades operacionais, longevidade, alta tensão, capacidades de manuseio de corrente e ganho de potência.

Como o SCR Funciona

Retificadores controlados de silício operam da mesma forma que um diodo: bloqueando corrente reversa e conduzindo corrente direta. Também suporta altas tensões. Além disso, este dispositivo contém uma porta para conduzir corrente positiva direta através do terminal do ânodo (A). Aplicar um pulso de controle curto à porta fará com que o SCR se torne condutivo entre o caminho da ponte (ânodo para cátodo). Quando isso acontece, a corrente do ânodo flui através dele até que o valor atinja zero, forçando o SCR a desligar. Então, a porta precisará receber outro pulso de controle de tensão para torná-lo condutivo novamente. Caso contrário, não requer mais tensão de porta uma vez que conduz.

Um SCR também opera em três modos: bloqueio direto, modo de condução direta e bloqueio reverso. No entanto, a classificação de tensão permanece a mesma para métodos de bloqueio ligado e desligado.

Disparar o SCR para ligar ocorre em métodos variados. Eles incluem disparo por tensão, disparo térmico, disparo por luz e disparo DV/DT.

Disparo por Tensão

(Aplicar tensão causa a ativação do SCR)

O primeiro, disparo por tensão, envolve aplicar uma tensão maior que o ponto máximo, causando a abertura do terminal da porta. No entanto, implementar esta abordagem poderia causar danos permanentes ao dispositivo. Isso porque um SCR controla os altos valores de tensão, que falharão em funcionar enquanto a porta permanecer aberta.

Disparo Térmico

O disparo térmico também fará o dispositivo conduzir à medida que sua temperatura aumenta. Em efeito, os pares de lacunas e elétrons aumentarão. Como resultado, a corrente regenerativa aumenta, forçando o SCR a ativar. No entanto, esta técnica de disparo poderia causar fuga térmica.

Disparo por Luz

Enquanto isso, disparo por luz envolve fechar luz na superfície do SCR, causando a multiplicação dos pares de elétrons e lacunas. Isso força o dispositivo a ativar.

Disparo DV/DT

Uma alta taxa de tensão entre o ânodo e cátodo também ligará o SCR. No entanto, o rápido aumento de corrente poderia quebrar o dispositivo. Portanto, recomendamos implementar proteção para esta abordagem.

Aplicações do SCR

SCR como Interruptor

(Resistores protegem os diodos em um circuito disjuntor CA)

Esta aplicação envolve utilizar dois SCRs, que criam e interrompem um circuito. Tensão de entrada CA distribui pulsos de gatilho reguladores aos gates dos SCRs. Dois resistores mantêm ambos os diodos seguros enquanto a resistência administrada ao gate reduz a corrente. O circuito começa durante o estado fechado da chave. Então, SCR₁ dispara durante o semi-ciclo positivo devido ao seu estado polarizado diretamente. Se o valor da corrente atingir zero, o dispositivo desativará. Após isso acontecer, SCR₂ dispara por causa da polaridade de tensão reversa e recebe a corrente correta. Abrir a chave causa a quebra do circuito. Em efeito, os SCRs não receberão mais pulsos de gatilho enquanto a corrente define para zero.

Portanto, uma chave tradicional pode lidar com uma corrente de gate de mA, o que significa que pode ativar/desativar a corrente de carga.

Proteção contra Sobretensão

(Um SCR pode fornecer proteção contra sobretensão em um circuito.)

Devido à sua capacidade de comutação rápida, um SCR mantém outros componentes eletrônicos seguros contra sobretensão. Estes devem conectar em paralelo com a carga elétrica. Quando tensão excessiva ocorre, o gate do SCR ativa. Então, ele drena corrente das fontes de energia, o que abaixa a tensão da carga elétrica. Implementar dois SCRs fornece os melhores resultados para este cenário. O primeiro foca no semi-ciclo positivo enquanto o outro foca no semi-ciclo negativo. Um resistor reduz a corrente de curto-circuito durante ambos os processos de disparo dos SCRs. Conectar um diodo Zener em série com cada resistor forma um circuito que pode detectar alta tensão.

Circuitos de Pulso

(Uma ignição eletrônica utiliza um SCR.)

Um SCR também fornece aplicações para pulsos de tensão e corrente de alta forma de onda em um circuito. Um capacitor carrega durante o semi-ciclo positivo da alimentação principal. A partir daí, o SCR liga via semi-ciclo negativo. O SCR desliga quando o capacitor descarrega e a corrente direta atinge zero. Depois, o processo LIGADO se repetirá, causando a frequência do pulso de saída a corresponder à frequência da alimentação.

Diferentes Tipos de SCRs

Plástico Discreto: O tipo SCR plástico discreto contém três pinos montados em uma cobertura plástica de semicondutor. Além disso, estes integram em um PCB, disponíveis de 25A a 1000V.

Base de Pino: Fácil de conectar, esta unidade consiste em uma base rosqueada e fornece baixa resistência térmica. Além disso, o dispositivo de base de pino suporta 5 a 150A de corrente junto com tensão total.

Módulo Plástico: Este consiste em mais de um dispositivo enquanto fornece as mesmas qualidades do plástico discreto. Pode lidar até 100A e conectar a um PCB com dissipador parafusado.

Prensa: Estes SCRs de prensa encerram em cerâmica junto com os eletrodos para isolar o ânodo e cátodo. Eles também oferecem suporte para 200A ou mais e aplicações requerendo mais de 1200V.

Base Plana: Uma base plana vem com isolamento, mantendo-a segura do dissipador. Com qualidades similares à base de pino, esta pode lidar com corrente medindo de 10 a 400A.

Modos de Operação no SCR

Modo de Bloqueio Direto:

O SCR funciona no modo de bloqueio direto quando seu ânodo recebe tensão positiva e o cátodo recebe tensão negativa. Isso força uma pequena corrente de fuga direta a passar pelo dispositivo.

Modo de Condução Direta:

No modo de condução direta, o SCR liga, fazendo com que conduza corrente do ânodo para o cátodo. Isso ocorre da aplicação de uma tensão ao gate ou excedendo a tensão de ruptura direta.

Modo de Bloqueio Reverso:

Aplicar tensão positiva ao cátodo e tensão negativa ao ânodo coloca o SCR em modo de bloqueio reverso. Em efeito, Junções J1 e J3 mudam para polarização reversa enquanto J2 define para polarização direta, impedindo fluxo de corrente através do SCR.

Diagrama de circuito SCR

(Diagrama de circuito dimmer de luz SCR. Fonte: Cadmium/Wiki media commons)

Como testar SCR

(Use um multímetro para testar o SCR)

Uma abordagem de teste de SCR envolve utilizar um multímetro, um processo eficaz. Para começar, você precisará configurar a chave do multímetro para alta resistência. Em seguida, una o fio positivo do multímetro ao gate do ânodo do SCR e o fio negativo ao cátodo. Após seguir esse passo, o multímetro indicará um circuito aberto. Se você inverter as conexões, também exibirá um curso disponível.

Em seguida, conecte os terminais do gate do SCR e ânodo à extremidade positiva do multímetro. Depois, você precisará conectar o cátodo do SCR à extremidade oposta. Em efeito, isso faz o multímetro exibir uma leitura de baixa resistência, o que significa que a chave do SCR define para LIGADO. Remover o terminal do gate do ânodo produzirá a mesma tarefa, representando uma forma de trava. Resultados de teste positivos significam que o SCR fornece desempenho de alta qualidade.

Resumo

Afina, um SCR hospeda aplicações práticas para circuitos simples. Não só isso, mas também pode proteger componentes contra sobretensão. Também atua como retificador, convertendo CA em CC enquanto controla potência. Só isso já torna este dispositivo uma necessidade. Além disso, vem em alguns tipos que servem seu propósito com características benéficas. Por fim, um SCR opera em três modos diferentes, tornando-o um dispositivo complexo. Requer tensão aplicada para fornecer capacidades de comutação.

Tem alguma dúvida sobre um retificador controlado de silício? Sinta-se à vontade para nos contatar!