UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA ELETRÔNICA DE POTÊNCIA

Circuito de Disparo baseado no Integrado TCA 785

O Retificador Controlado pode ser subdividido em duas partes: potência, e controle. A parte de potência é obtida através de um estrutura semelhante em retificadores não controlados, com a diferença de substituirmos diodos da estrutura por tiristores. Esses por sua vez só permitem a condução quando recebem um pulso oriundo do circuito de disparo. Já a parte de controle, que é a responsável pelo disparo dos tiristores, é baseada no integrado TCA 785. Esse CI tem a finalidade de produzir um pulso de corrente no Gatilho para que ocorra o acionamento dos tiristores. No caso de retificadores monofásicos controlados (fig01) temos a seguinte topologia:

Fig01. Retificador Monofásico Controlado de Meia Onda com Diodo de Comutação

Representaremos agora a parte de potência de um circuito monofásico controlado de onda completa (fig02).

Fig02. Retificador em Ponte Monofásico Totalmente Controlado

A ligação entre o circuito de disparo e os tiristores é basicamente representada pela estrutura da fig03:

Fig03. Terminais de Saída do Circuito de Disparo

O circuito integrado monolítico analógico TCA 785 com 16 pinos disponíveis é fabricado pela Icotron S/A Indústria de Componentes Eletrônicos. Entre várias aplicações gerais é dedicado à aplicação de controle de ângulo de disparo de tiristores (triacs e tiristores) continuamente de 0o a 180o . Sua configuração interna possibilita uma simplificada seleção de componentes externos para chaveamento, sem tornar muito volumoso o circuito final. Devido a sua versatilidade, permite inúmeras aplicações dentro da eletrônica, apesar de um componente dedicado à construção de circuitos de disparos para tiristores em geral. Descrição do seu Funcionamento a) Características principais de uso:

• Compatível com LSI (imune a ruído); • Consumo interno de corrente, apenas 5 miliampéres; • Possibilidades de inibição simultânea de todas as saídas; • Operação em circuitos polifásicos, utilizando, mais de um TCA ligados em paralelo,

ligação esta já prevista pelo fabricante; • Duas saídas principais (corrente até 55 miliampéres) e duas em coletor aberto

(corrente até 1,5 miliampéres); • Uma saída para controle de triacs; • Duração dos pulsos de saída determinada pela colocação de um capacitor externo; • Saída de tensão regulada em 3,1V.

b) Diagrama Interno

Na fig.4 têm-se desenhadas, em termos de diagrama de blocos, as principais funções internas do integrado. Internamente, o integrado é alimentado por uma tensão regulada de 3,1V, independente das variações possíveis em sua alimentação externa,

estimada entre 8 e 18V. Essa tensão de 3,1V pode ser obtida no pino 8. O sincronismo é obtido através de um detetor de zero (pino 5), conectado a um registrador de sincronismo. O gerador de rampa, cujo controle está na unidade lógica, provém de uma fonte de corrente constante carregando o capacitor o C10, corrente essa controlada pelo potenciômetro P9, cuja finalidade é ajustar a amplitude da rampa, que vai a zero sempre que a tensão de sincronismo passa pôr zero, devido a saturação de um transistor em paralelo com o capacitor. O comparador de controle compara a tensão de rampa com a tensão de controle; quando essas forem iguais envia pulsos nas saídas via unidade lógica. Obtêm-se, então, no pino 15, pulsos positivos no semiciclo positivo de tensão de sincronismo, defasados entre si de 180o . Esses pulsos têm suas larguras determinadas pela conexão de um capacitor externo, C12, entre o pino 12 e o terra, de acordo com a Tabela 1 , e amplitudes iguais à tensão de alimentação do pino 16. Nos pinos 2 e 4 obtêm-se saídas complementares dos pinos 14 e 15, respectivamente, em coletor aberto, necessitando da ligação externa de um resistor entre os pinos 2-16 e 4-16, proporcionando uma corrente máxima de 5mA. A largura dos pulsos podem ser controlada através da conexão de um resistor entre os pinos 13 e 16. Para aplicação com triacs pode-se usar a saída 7, que fornece um pulso correspondente à soma lógica nor dos pulsos nos pinos 14 e 15. O pino 6 quando aterrado pôr um relé ou um transistor PNP inibe todas as saídas do TCA 785, servindo de proteção para o sistema.

Tabela 1 Capacitor (C12) em pF 100 220 330 680 1000 Duração dos Pulsos em ms 0.080 0.130 0.200 0.370 0.550

BLOCO 1 → Detetor de zero. BLOCO 2 → Memória de Sincronismo. BLOCO 3 → Unidade Lógica. BLOCO 4 → Monitor de descarga de C10. BLOCO 5 → Regulador de tensão (3,1V). BLOCO 6 → Comparador de Controle.

Fig4. Diagrama de Blocos Interno

c) Funções resumidas pino a pino: - PINO 01 → Terra. - PINO 02 → Saída complementar do pino 15, em coletor aberto. - PINO 03 → Saída de pulso positivo, em coletor aberto. - PINO 04 → Saída complementar do pino 14, em coletor aberto. - PINO 05 → Entrada de Sincronismo (diodos em antiparalelo). - PINO 06 → Inibe todas as saídas (quando aterrado). - PINO 07 → Saída em coletor aberto para acionar Triacs. - PINO 08 → Fornece 3.1V estabilizado. - PINO 09 → Potenciômetro de ajuste de rampa ( 20<R9>500K). - PINO 10 → Capacitor de formação de rampa (C10 ≤ 0.5µF ). - PINO 11 → Entrada de Tensão de controle (nível/CC). - PINO 12 → Controla a largura dos pulsos de saídas 14 e 15. - PINO 13 → Controla a largura dos pulsos de saídas 14 e 15. - PINO 14 → Saída de pulso positivo no semiciclo positivo. - PINO 15 → Saída de pulso positivo no semiciclo negativo. - PINO 16 → Alimentação CC, não necessariamente estabilizada. d) Dados técnicos de operação

- Tensão de Alimentação CC 08 a 18 V - Freqüência de trabalho 10 a 50 Hz - Temperatura ambiente 0o a 70o - Tensão de controle (pino 11) 02 a 15 V - Corrente de consumo (sem carga) 05 a 10mA Corrente de carga I10 = (1,25Vef)/R9 Tensão de rampa V10 = (1,25tVef )/(R9C10)

A figura 5 mostra as formas de onda obtidas em alguns pinos do TCA. Por se tratar de um circuito integrado, dedicado à construção de circuitos de disparo para acionamento de tiristores em geral, a preocupação maior é a de fornecer os disparos nos instantes desejados, e posteriormente ligar os circuitos de disparo e o de potência, evitando curtos-circuitos fatais. Outra facilidade que o circuito integrado oferece é como respeitar à polarização, pois esta é obtida a partir das características do integrado, fornecidas pelo fabricante e uma vez polarizados, os componentes auxiliares se manterão em quaisquer circuitos de disparo, modificando apenas o sincronismo e o número de integrados necessários para obtenção do número de pulsos desejados.

Fig.5 Principais formas de onda do TCA 785

A fig.6 mostra um circuito de polarização para o TCA 785, sugerido pelo fabricante e baseada nas características elétricas do componente.

Fig.6 circuito de polarização para o TCA 785

Para garantir a condução do tiristor, uma vez que, dada a natureza indutiva da carga o tiristor não conduza no exato instante de disparo α, aplica-se um trem de pulso (e não apenas um pulso) após o instante α. A figura 7 mostra a inclusão do oscilador 555 que gera um trem de pulso a partir do ângulo de disparo α.

t c a

555

555

12V g 1

k 1

g 4

k 4

g 3

k 3g 2

k 2

12V

5

1

6

16 12 11

15

14

7812

220ca

Fig.7 Circuito de disparo do TCA que gera trem de pulso a partir de α