SCRs e TRIACs são dispositivos semiconductores de potência fundamentais no controle de equipamentos industriais e mesmo de uso doméstico sendo encontrados numa infinidade de aplicações práticas. Algumas fórmulas e cálculos que envolvem estes componentes precisam ser dominadas pelos profissionais que nem sempre as conhecem perfeitamente. Neste artigo focalizamos algumas fórmulas e cálculos simples que envolvem estes componentes.
SCR
Os SCRs ou Silicon Controlled Rectifiers (diodos controlados de silício) são dispiositivos semiconductores de quatro camadas desenvolvidos para serem usados como controles de potência e osciladores de relaxação. O símbolo e a característica deste tipo de componente é mostrado na figura 1. Como os SCRs são usados como dispositivos acionados por sinais externos, na verdade não existem muitos cálculos a serem aplicados nos projetos práticos a não ser os que justamente envolvem estes sinais e as características dinâmicas de seu funcionamento.
Símbolo e curva característica de um SCR (Diodo Controlado de Silício)
Fórmula 1
Trigger current ou corrente de disparo:
Onde: IT é a corrente de disparo em amperes (A)
Ico é a corrente de fuga em amperes (A)
?1 é o ganho do primeiro transistor
? é o ganho do segundo transistor
Obs: o parâmetro IT usualmente é dado pelo fabricante do SCR e está na faixa entre 0,1 mA e 100 mA para os tipos mais comuns como os da série TIC da Texas.
Formula 2
Potência por ciclo:
Onde: Pd é a potência dissipada por ciclo em watts (W)
UA é a tensão de anodo antes do disparo em volts (V)
IA é a corrente de anodo depois do disparo em amperes (A)
tr é o tempo de comutação para a tensão de anodo-catodo cair de 90% do valor máximo para 10% em segundos (s)
Formula 3
Average Power ou potência média:
Onde: Pd é a disspação média de potência em watts (W)
f é a frequência de comutação em hertz (Hz)
UA é a tensão de anodo antes da comutação em volts (V)
IA é a corrente de anodo depois da comutação em amperes (A)
Fórmula 4
Aplicações DC:
Onde: Pd é a potência dissipada em watts (W)
Us é a queda de tensão no SCR no estado de condução também, chamada de tensão de saturação em volts (V)
Id é a corrente direta em amperes (A)
Obs: Para SCRs comuns o valor típico de Uf és 2.0 V.
Formula 5
Tensão de Carga x Atraso no Disparo (anguloe ) – aplicações de meia onda
Onde: UL é a tensão na carga (instantânea emn volts (V)
Up é a tensão de pico da tensão senoidal de entrada em volts (V)
? é 3.1416
cos? é o cosseno do ângulo de condução em graus
Fórmulas Derivadas:
Formula 6
Tensão na carga para aplicações de onda completa :
Onde: UL é o valor instantâneao da tensão de carga em volts (V)
Up é o valor de pico da tensão senoidal de entrada em volts (V)
? é 3.1416
cos? é o cosseno do ângulo de condução em graus
Exemplo de Aplicação:
Um SCR é usado num circuito para controlar uma carga DC de 5 A Qual é a potência dissipada por este componente, dada a tensão de saturação de 2.0 V.
Dados: Us = 2.0 V
Id = 5 A
Pd = ?
Usando a formula 4:
Pd = 2.0 x 5 = 10 W
TRIAC
Os TRIACS são dispositivos comutadores de potência podendo ser considerados como dois SCRs em paralelo e oposição conforme mostra a figura 2. Nesta configuração os TRIACs podem controlar correntes nos dois sentidos. Para efeito de cálculos os TRIACS podem ser considerados como dois SCRs ligados em paralelo e em oposição.
Figura 2 - Um Triac pode ser considerado como dois SCRs ligados em paralelo e em oposição.
Formula 7
Power dissipation ou dissipação de potência:
Onde: Pd é a potência de dissipação watts (W)
Us é a tensão de saturação em volts (V)
Id é a corrente direta em amperes (A)
Obs: para TRIACs comuns a tensão de saturação está em torno de 1.5 volts.
Formula 8
Esta fórmula também é usada com SCRs em circuitos de onda completa (pontes) em função do ângulo de condução.
Onde: UL é o valor instantâneo da tensão de carga em volts (V)
Up é o valor de pico da tensão senoidal de entrada em volts (V)
? é 3.1416
cos? é o cosseno do ângulo de condiução em graus
Exemplo de aplicação:
Calcular a potência dissipada por um triac quando num circuito controlado uma carga de 10 A, sendo a tensão de saturação de 1,5 V.
Dados: Us = 1.5 V
Id = 10 A
Pd = ?
Usando a formula 7:
Pd = 10 x 1.5 = 15 watts
CONCLUSÃO
O que vimos são apenas alguns cálculos simples envolvendo SCRs e TRIACs. Quando precisamos de características dinâmicas como as que envolvem taxas de crescimento de tensão, pulsos e transientes, elementos de cálculo integral e diferencial já devem ser aplicados como a derivada da tensão em relação ao tempo. No entanto, em muitas folhas de dados, estas características já são fornecidas pelos fabricantes dos componentes e existem mesmo softwares que fazem os cálculos de modo automático simulando o funcionamento dos circuitos.
