Interruptores de Potência

Prof. Luis S. B. Marques

MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃOSECRETARIA DE EDUCAÇÃO PROFISSIONAL E TECNOLÓGICAINSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE SANTA CATARINACAMPUS JOINVILLE

DEPARTAMENTO DO DESENVOLVIMENTO DO ENSINOCOORDENAÇÃO ACADÊMICAEletroEletronica

Referências: [01] RASHID, M.H. Eletrônica de potência, circuitos, dispositivos e aplicações.

Makron Books, 1999.[02] AHMED, A. Eletrônica de Potência, Prentice-Hall,

São Paulo, 2000

O diodo de potência• O diodo está

diretamente polarizado quando o potencial de anodo é positivo em relação ao catodo.

• Curva Característica

• Nesta condição o diodo conduz. Se o potencial de catodo for positivo em relação ao anodo, o diodo bloqueia.

O diodo de potência• Mesmo que a corrente

no diodo seja conduzida até zero, ele continua conduzindo devido à necessidade de recombinação dos portadores minoritários. O tempo requerido para esta recombinação é chamado tempo de recuperação reversa. É mais comum o tipo de recuperação dita suave.

O diodo de potência• Os diodos que necessitam

comutar rapidamente, bloqueiam rapidamente, de modo a estar apto a conduzir novamente no menor intervalo de tempo possível. Entretanto, uma recuperação abrupta provoca oscilações que podem gerar instabilidades e até mesmo falhas no funcionamento.

Tipos de diodos de potência

Diodos Standard• Os diodos standard

possuem tempos de recuperação reversa relativamente altos. Geralmente em torno de 25µs e são utilizados em aplicações de baixa velocidade.

• Aplicação: retificadores e conversores com frequência de entrada até 1kHz.

Diodos de recuperação rápida

• Os diodos de recuperação rápida possuem tempo de recuperação reversa baixo, geralmente menores que 5µs.

• Aplicação: Conversores cc-cc e cc-ca em que o tempo de recuperação é critico para o funcionamento do mesmo.

O tiristor ou SCR

• O tiristor com corrente de gatilho passa a se comportar como um diodo. As tensões máxima que o tiristor pode bloquear, tanto direta quanto reversa, são limitadas.

Curva característica de um tiristor

O tiristor ou SCR

• O tiristor entra em condução se estiver diretamente polarizado e for fornecida uma corrente no gatilho. O bloqueio acontece da mesma forma que para um diodo de potência.

O tiristor GTO

• O tiristor GTO (gate turn off) entra em condução através de um sinal positivo no gatilho, e bloqueia através de um sinal negativo no gatilho.

O Triac

• O TRIAC pode conduzir em ambos os sentidos. Podemos, inclusive, considerar o TRIAC como dois tiristores em antiparalelo.

O transistor de potência• O transistor bipolar

pode ser do tipo NPN ou PNP. O transistor pode funcionar na região de corte, região ativo ou região de saturação. Em fontes chaveadas, o transistor é utilizado em corte ou saturação.

O transistor de potência

• O transistor bipolar é um interruptor controlado por corrente e requer uma corrente de base para que flua uma corrente de coletor.

O MOSFET

• O MOSFET é um interruptor controlado por tensão e requer apenas uma pequena corrente de entrada para que flua uma elevada corrente de dreno para source.

O MOSFET• A velocidade de

chaveamento do MOSFET é elevada.

• Os tempos de comutação são da ordem de nano segundos.

• Permitem elevadas frequências de chaveamento.

Polarização MOSFET canal n

Polarização MOSFET canal p

O MOSFET• O MOSFET é um

dispositivo controlado por tensão e possui uma impedância de entrada muito elevada. Portanto, o gatilho ou gate drena uma corrente muito baixa. Desta forma, o circuito de gatilho se torna mais simples.

Modelo para o MOSFET

O IGBT

• O IGBT integra as vantagens do transistor (capacidade de corrente) com as do MOSFET (controle por tensão).

O IGBT

• O IGBT, portanto, é um dispositivo acionado por tensão. O IGBT é mais rápido que o transistor bipolar, porém, mais lento que o MOSFET.

O IGBT

• O IGBT possui baixas perdas em condução e elevada capacidade de corrente.

• Possui perda de comutação significativa, devido a presença da corrente de cauda.

Modelo para o IGBT

Corrente de cauda no IGBT

Limite de Funcionamento