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Eletrônica Tiristores em Corrente Alternada Gradadores TRIAC Prof Jonas Roberto Tibola 2 TRIAC Equivalente a dois SCRs conectados em antiparalelo e com o terminal da porta em comum Bidirecional em corrente é um dispositivo de controle CA TRIAC é uma abreviatura para chave AC TRIode TRI significa que o dispositivo consiste em três terminais e CA significa que ele controla a corrente CA O TRIAC possui três terminais Terminal Principal 1 MT1 Terminal Principal 2 MT2 e Gate G Se MT1 for polarizado direto em relação a MT2 a corrente flui de MT1 para MT2 Da mesma forma se o MT2 for polarizado direto em relação ao MT1 a corrente fluirá de MT2 para MT1 As duas condições acima são obtidas sempre que o gate é disparado com um pulso de corrente apropriado Uma vez ligado o TRIAC só pode ser desligado reduzindo a corrente a zero através dos terminais principais TRIAC equivalente usando dois SCRs Símbolo do TRIAC 3 Curvas de Operação do TRIAC IL Latching Current Corrente de acionamento Corrente mínima para que o TRIAC entre em condução e se mantenha em condução IH Holding Current Corrente de manutenção uma vez retirada a corrente de gatilho esta é a corrente mínima para manter o TRIAC em condução Na faixa de Mili Amperes 𝑉𝐷𝑅𝑀 Tensão de pico máxima segura de operação 𝑉𝐵𝑂 Tensão de Breakover é a tensão direta que faz o SCR conduzir sem que haja sinal no gate 𝐼𝑇 𝑅𝑀𝑆 Corrente RMS máxima de trabalho Figura retirada de httpslearnaboutelectronicsorgSemiconductorsthyristors63php 4 Exemplo Datasheet TRIAC BTA Série 40 e 41 5 Exemplo Datasheet TRIAC BTA Série 40 e 41 6 Exemplo Datasheet TRIAC BTA Série 40 e 41 7 Exemplo Datasheet TRIAC BT134 Datasheet Disponível em httpdatasheetoctopartcomBT 1348002C127Philips datasheet12523327pdf 8 Vantagens do TRIAC em relação ao Tiristor O TRIAC pode ser disparado por tensões de polaridade positiva e negativa aplicadas na porta Ele pode operar em ambos os semiciclos de uma forma de onda CA Em comparação com a configuração com Tiristor em antiparalelo que requer dois dissipadores de calor de tamanho ligeiramente menor um TRIAC necessita de um único dissipador de calor ligeiramente maior Portanto o TRIAC economiza espaço e custos em aplicações CA Em aplicações DC os SCRs devem ser conectados a um diodo paralelo para proteção contra tensão reversa Já o TRIAC pode funcionar sem um diodo em paralelo visto que ele conduz em ambos os sentidos 9 Desvantagens do TRIAC em relação ao Tiristor É necessária uma consideração cuidadosa ao selecionar um circuito de disparo de porta uma vez que um TRIAC pode ser disparado em condições de polarização direta e reversa Os TRIACs em relação aos Tiristores geralmente possuem limites de tensõescorrentes inferiores suportam menores dvdt possuem frequências de comutação menores são menos confiáveis Gradador com TRIAC 11 Gradadores Os Gradadores são conversores utilizados quando é necessário variar o valor eficaz de uma tensão alternada Caracterizamse por colocarem a carga em contato direto com a fonte sem tratamento intermediário de energia Os principais empregos dos gradadores Controle de intensidade luminosa em lâmpadas incandescentes Controle de temperatura aquecimento Partida suave limitação de corrente de motores de indução soft starters Compensação de reativos em sistemas de potência RCT CCT Mais informações sobre Gradadores disponível em Fonte httpwwwdscefeeunicampbrantenorpdffileseltpotcap10pdf 12 𝑉𝑔𝑡 𝑉𝑝 sin 𝜔𝑡 Gradador Controlado com TRIAC Como acionar o TRIAC e controlar a tensão de saída 𝟎 𝜽 𝜶 13 𝑉𝑔𝑡 𝑉𝑝 sin 𝜔𝑡 O TRIAC está Desligado A tensão aplicada sobre o TRIAC é a mesma da rede 𝑉𝑔 𝑉𝑇𝑅 0 𝑉𝑇𝑅 𝑉𝑔 Gradador Controlado com TRIAC 𝑉𝑅𝐿 0𝑉 𝜶 𝜽 𝟏𝟖𝟎 14 𝑉𝑔𝑡 𝑉𝑝 sin 𝜔𝑡 𝑉𝑅𝐿 𝑉𝑔 𝑉𝑇𝑀 Gradador Controlado com TRIAC O TRIAC está Ligado A tensão sobre o TRIAC é a tensão de condução direta 𝑉𝑇𝑅 𝑉𝑇𝑀 𝟏𝟖𝟎 𝜽 𝟏𝟖𝟎 𝜶 15 𝑉𝑔𝑡 𝑉𝑝 sin 𝜔𝑡 Gradador Controlado com TRIAC O TRIAC está Desligado A tensão aplicada sobre o TRIAC é a mesma da rede 𝑉𝑔 𝑉𝑇𝑅 0 𝑉𝑇𝑅 𝑉𝑔 𝑉𝑅𝐿 0𝑉 𝟏𝟖𝟎 𝜶 𝜽 𝟑𝟔𝟎 16 𝑉𝑔𝑡 𝑉𝑝 sin 𝜔𝑡 Gradador Controlado com TRIAC 𝑉𝑅𝐿 𝑉𝑔 𝑉𝑇𝑀 O TRIAC está Ligado A tensão sobre o TRIAC é a tensão de condução reversa 𝑉𝑇𝑅 𝑉𝑇𝑀 17 𝑉𝑅𝐿𝑝 2 𝑉𝑅𝐿𝑅𝑀𝑆 𝑉𝑅𝐿𝑅𝑀𝑆 𝑉𝑅𝐿𝑝 2 1 𝛼 𝜋 sin 2𝛼 2𝜋 Gradador Tensão RMS na carga 𝑉𝑅𝐿𝑡 𝑉𝑅𝐿𝑝 sin 𝜔𝑡 𝑇 2𝜋 Eq Idêntica ao Retificador Ponte Completa Simulação no PSIM Simulação no LTSpice CIRCUITOS DE ACIONAMENTO DO TRIAC 21 Circuitos Não Isolados de Disparo do TRIAC Figuras Retiradas de httpswwwelectronicstutorialswspowertriachtml Disparo do TRIAC utilizando Fonte CC externa Disparo do TRIAC utilizando a própria rede 22 PhotoTRIAC TRIAC Optoisolado Datasheet Disponível em httpsdatasheetoctopartcomMOC3020MONSemiconductordatasheet12517953pdf Não é utilizado para acionar uma carga diretamente São usados para disparar outro TRIAC ou Tiristor externo 23 Utilização do MOC301X como Gate Driver Isolado Datasheet Disponível em httpsdatasheetoctopartcomMOC3020MONSemiconductordatasheet12517953pdf Isolação Galvânica Isolação Galvânica 24 Utilização do MOC301X como Gate Driver Isolado Datasheet Disponível em httpsdatasheetoctopartcomMOC3020MONSemiconductordatasheet12517953pdf 25 Circuito completo de acionamento de um TRIAC Transformador Rebaixador MOC3020 Circuito de alimentação do µC e do Driver Circuito de acionamento do TRIAC utilizando o PhotoTRIAC MOC3020 26 Gate Driver utilizando Transformador de Pulso O Transformador de Pulso é muito utilizado no acionamento tanto de TRIACs quanto Tiristores Vantagens Simplicidade Naturalmente isolados Maior vida útil do que os Opto isoladores Mais Robustos Desvantagens Mais caros Menos versáteis Mais difíceis de se encontrar 27 Circuito completo de acionamento de um TRIAC Transformador Rebaixador Transformador de Pulso Circuito de alimentação do µC e do Driver Circuito de acionamento do TRIAC utilizando Transformador de Pulso 28 Circuito Integrado TCA 785 Módulo de Comando Integrado TCA785 da Siemens com Detector de zero Fonte interna de corrente Gerador de dente de serra Comparador Pulsos de gatilho com largura controlada Correntes de gatilho de até 250 mA Datasheet Disponível em httpsdatasheetoctopartcomTCA785 HKLA1Infineondatasheet 11769354pdf 29 Circuito Integrado TCA 785 Datasheet Disponível em httpsdatasheetoctopartcomTCA785HKLA1Infineondatasheet11769354pdf 30 Circuito Integrado TCA 785 Datasheet Disponível em httpsdatasheetoctopartcomTCA785HKLA1Infineondatasheet11769354pdf 31 Circuito do Chuveiro Eletrônico 𝑉𝑔 𝑉𝐶1 𝑖𝐺𝑇 𝑉𝑅𝐿 𝑉𝑇𝑅 O circuito formado pelo potenciômetro 𝑅1 e pelo 𝐶1 geram um sinal que é atrasado em relação a tensão da rede Este atraso pode ser controlado alterando a resistência 𝑅1 Girando o Potenc Quanto maior 𝑅1 ou 𝐶1 menor é a tensão RMS na carga Quando a tensão sobre 𝐶1 atinge a tensão do DIAC ele entra em condução descarregando o capacitor no gate do TRIAC O Resistor 𝑅𝑠 limita a corrente do gate do TRIAC Quando o TRIAC está acionado o capacitor 𝑪𝟏 se descarrega A corrente do gate do TRIAC fica em zero 32 DIAC Diodo de disparo simétrico Semelhante a um TRIAC porém sem pino de gatilho Não há controle de disparo Quando a tensão máxima é alcançada 𝑉𝐵𝑂 o DIAC conduz A tensão de disparo direto é bem definida Condução Bidirecional Utilizado como dispositivo de disparo para TRIACs 𝑉𝐵𝑂 𝑉𝐵𝑂 𝑉𝐷𝐼𝐴𝐶 𝐼𝐷𝐼𝐴𝐶 Símbolo DIAC DIAC Comercial Curva Característica Simplificada 33 Exemplo de DIAC Comercial Datasheet Disponível em httpswwwstcomresour ceendatasheetsmdb3p df 34 Exemplo de DIAC Comercial Datasheet Disponível em httpswwwstcomresourceendatasheetsmdb3pdf
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Eletrônica Tiristores em Corrente Alternada Gradadores TRIAC Prof Jonas Roberto Tibola 2 TRIAC Equivalente a dois SCRs conectados em antiparalelo e com o terminal da porta em comum Bidirecional em corrente é um dispositivo de controle CA TRIAC é uma abreviatura para chave AC TRIode TRI significa que o dispositivo consiste em três terminais e CA significa que ele controla a corrente CA O TRIAC possui três terminais Terminal Principal 1 MT1 Terminal Principal 2 MT2 e Gate G Se MT1 for polarizado direto em relação a MT2 a corrente flui de MT1 para MT2 Da mesma forma se o MT2 for polarizado direto em relação ao MT1 a corrente fluirá de MT2 para MT1 As duas condições acima são obtidas sempre que o gate é disparado com um pulso de corrente apropriado Uma vez ligado o TRIAC só pode ser desligado reduzindo a corrente a zero através dos terminais principais TRIAC equivalente usando dois SCRs Símbolo do TRIAC 3 Curvas de Operação do TRIAC IL Latching Current Corrente de acionamento Corrente mínima para que o TRIAC entre em condução e se mantenha em condução IH Holding Current Corrente de manutenção uma vez retirada a corrente de gatilho esta é a corrente mínima para manter o TRIAC em condução Na faixa de Mili Amperes 𝑉𝐷𝑅𝑀 Tensão de pico máxima segura de operação 𝑉𝐵𝑂 Tensão de Breakover é a tensão direta que faz o SCR conduzir sem que haja sinal no gate 𝐼𝑇 𝑅𝑀𝑆 Corrente RMS máxima de trabalho Figura retirada de httpslearnaboutelectronicsorgSemiconductorsthyristors63php 4 Exemplo Datasheet TRIAC BTA Série 40 e 41 5 Exemplo Datasheet TRIAC BTA Série 40 e 41 6 Exemplo Datasheet TRIAC BTA Série 40 e 41 7 Exemplo Datasheet TRIAC BT134 Datasheet Disponível em httpdatasheetoctopartcomBT 1348002C127Philips datasheet12523327pdf 8 Vantagens do TRIAC em relação ao Tiristor O TRIAC pode ser disparado por tensões de polaridade positiva e negativa aplicadas na porta Ele pode operar em ambos os semiciclos de uma forma de onda CA Em comparação com a configuração com Tiristor em antiparalelo que requer dois dissipadores de calor de tamanho ligeiramente menor um TRIAC necessita de um único dissipador de calor ligeiramente maior Portanto o TRIAC economiza espaço e custos em aplicações CA Em aplicações DC os SCRs devem ser conectados a um diodo paralelo para proteção contra tensão reversa Já o TRIAC pode funcionar sem um diodo em paralelo visto que ele conduz em ambos os sentidos 9 Desvantagens do TRIAC em relação ao Tiristor É necessária uma consideração cuidadosa ao selecionar um circuito de disparo de porta uma vez que um TRIAC pode ser disparado em condições de polarização direta e reversa Os TRIACs em relação aos Tiristores geralmente possuem limites de tensõescorrentes inferiores suportam menores dvdt possuem frequências de comutação menores são menos confiáveis Gradador com TRIAC 11 Gradadores Os Gradadores são conversores utilizados quando é necessário variar o valor eficaz de uma tensão alternada Caracterizamse por colocarem a carga em contato direto com a fonte sem tratamento intermediário de energia Os principais empregos dos gradadores Controle de intensidade luminosa em lâmpadas incandescentes Controle de temperatura aquecimento Partida suave limitação de corrente de motores de indução soft starters Compensação de reativos em sistemas de potência RCT CCT Mais informações sobre Gradadores disponível em Fonte httpwwwdscefeeunicampbrantenorpdffileseltpotcap10pdf 12 𝑉𝑔𝑡 𝑉𝑝 sin 𝜔𝑡 Gradador Controlado com TRIAC Como acionar o TRIAC e controlar a tensão de saída 𝟎 𝜽 𝜶 13 𝑉𝑔𝑡 𝑉𝑝 sin 𝜔𝑡 O TRIAC está Desligado A tensão aplicada sobre o TRIAC é a mesma da rede 𝑉𝑔 𝑉𝑇𝑅 0 𝑉𝑇𝑅 𝑉𝑔 Gradador Controlado com TRIAC 𝑉𝑅𝐿 0𝑉 𝜶 𝜽 𝟏𝟖𝟎 14 𝑉𝑔𝑡 𝑉𝑝 sin 𝜔𝑡 𝑉𝑅𝐿 𝑉𝑔 𝑉𝑇𝑀 Gradador Controlado com TRIAC O TRIAC está Ligado A tensão sobre o TRIAC é a tensão de condução direta 𝑉𝑇𝑅 𝑉𝑇𝑀 𝟏𝟖𝟎 𝜽 𝟏𝟖𝟎 𝜶 15 𝑉𝑔𝑡 𝑉𝑝 sin 𝜔𝑡 Gradador Controlado com TRIAC O TRIAC está Desligado A tensão aplicada sobre o TRIAC é a mesma da rede 𝑉𝑔 𝑉𝑇𝑅 0 𝑉𝑇𝑅 𝑉𝑔 𝑉𝑅𝐿 0𝑉 𝟏𝟖𝟎 𝜶 𝜽 𝟑𝟔𝟎 16 𝑉𝑔𝑡 𝑉𝑝 sin 𝜔𝑡 Gradador Controlado com TRIAC 𝑉𝑅𝐿 𝑉𝑔 𝑉𝑇𝑀 O TRIAC está Ligado A tensão sobre o TRIAC é a tensão de condução reversa 𝑉𝑇𝑅 𝑉𝑇𝑀 17 𝑉𝑅𝐿𝑝 2 𝑉𝑅𝐿𝑅𝑀𝑆 𝑉𝑅𝐿𝑅𝑀𝑆 𝑉𝑅𝐿𝑝 2 1 𝛼 𝜋 sin 2𝛼 2𝜋 Gradador Tensão RMS na carga 𝑉𝑅𝐿𝑡 𝑉𝑅𝐿𝑝 sin 𝜔𝑡 𝑇 2𝜋 Eq Idêntica ao Retificador Ponte Completa Simulação no PSIM Simulação no LTSpice CIRCUITOS DE ACIONAMENTO DO TRIAC 21 Circuitos Não Isolados de Disparo do TRIAC Figuras Retiradas de httpswwwelectronicstutorialswspowertriachtml Disparo do TRIAC utilizando Fonte CC externa Disparo do TRIAC utilizando a própria rede 22 PhotoTRIAC TRIAC Optoisolado Datasheet Disponível em httpsdatasheetoctopartcomMOC3020MONSemiconductordatasheet12517953pdf Não é utilizado para acionar uma carga diretamente São usados para disparar outro TRIAC ou Tiristor externo 23 Utilização do MOC301X como Gate Driver Isolado Datasheet Disponível em httpsdatasheetoctopartcomMOC3020MONSemiconductordatasheet12517953pdf Isolação Galvânica Isolação Galvânica 24 Utilização do MOC301X como Gate Driver Isolado Datasheet Disponível em httpsdatasheetoctopartcomMOC3020MONSemiconductordatasheet12517953pdf 25 Circuito completo de acionamento de um TRIAC Transformador Rebaixador MOC3020 Circuito de alimentação do µC e do Driver Circuito de acionamento do TRIAC utilizando o PhotoTRIAC MOC3020 26 Gate Driver utilizando Transformador de Pulso O Transformador de Pulso é muito utilizado no acionamento tanto de TRIACs quanto Tiristores Vantagens Simplicidade Naturalmente isolados Maior vida útil do que os Opto isoladores Mais Robustos Desvantagens Mais caros Menos versáteis Mais difíceis de se encontrar 27 Circuito completo de acionamento de um TRIAC Transformador Rebaixador Transformador de Pulso Circuito de alimentação do µC e do Driver Circuito de acionamento do TRIAC utilizando Transformador de Pulso 28 Circuito Integrado TCA 785 Módulo de Comando Integrado TCA785 da Siemens com Detector de zero Fonte interna de corrente Gerador de dente de serra Comparador Pulsos de gatilho com largura controlada Correntes de gatilho de até 250 mA Datasheet Disponível em httpsdatasheetoctopartcomTCA785 HKLA1Infineondatasheet 11769354pdf 29 Circuito Integrado TCA 785 Datasheet Disponível em httpsdatasheetoctopartcomTCA785HKLA1Infineondatasheet11769354pdf 30 Circuito Integrado TCA 785 Datasheet Disponível em httpsdatasheetoctopartcomTCA785HKLA1Infineondatasheet11769354pdf 31 Circuito do Chuveiro Eletrônico 𝑉𝑔 𝑉𝐶1 𝑖𝐺𝑇 𝑉𝑅𝐿 𝑉𝑇𝑅 O circuito formado pelo potenciômetro 𝑅1 e pelo 𝐶1 geram um sinal que é atrasado em relação a tensão da rede Este atraso pode ser controlado alterando a resistência 𝑅1 Girando o Potenc Quanto maior 𝑅1 ou 𝐶1 menor é a tensão RMS na carga Quando a tensão sobre 𝐶1 atinge a tensão do DIAC ele entra em condução descarregando o capacitor no gate do TRIAC O Resistor 𝑅𝑠 limita a corrente do gate do TRIAC Quando o TRIAC está acionado o capacitor 𝑪𝟏 se descarrega A corrente do gate do TRIAC fica em zero 32 DIAC Diodo de disparo simétrico Semelhante a um TRIAC porém sem pino de gatilho Não há controle de disparo Quando a tensão máxima é alcançada 𝑉𝐵𝑂 o DIAC conduz A tensão de disparo direto é bem definida Condução Bidirecional Utilizado como dispositivo de disparo para TRIACs 𝑉𝐵𝑂 𝑉𝐵𝑂 𝑉𝐷𝐼𝐴𝐶 𝐼𝐷𝐼𝐴𝐶 Símbolo DIAC DIAC Comercial Curva Característica Simplificada 33 Exemplo de DIAC Comercial Datasheet Disponível em httpswwwstcomresour ceendatasheetsmdb3p df 34 Exemplo de DIAC Comercial Datasheet Disponível em httpswwwstcomresourceendatasheetsmdb3pdf