UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETROTÉCNICA CURSO DE ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA

Disciplina de Eletrônica de Potência – ET66B Aula 19 – Chaves Eletrônicas Prof. Amauri Assef [email protected] UTFPR – Campus Curitiba Prof. Amauri Assef

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Conversão Estática e Processamento de Energia





Ação dos dispositivos de processamento de energia => interruptores Para o processamento de energia, é necessário em diversas aplicações, ações diferentes de controle para os dispositivos interruptores


Chave SPST (single-pole single-throw) - polaridades de tensão e corrente definidas Todos os dispositivos semicondutores de potência funcionam com chaves SPST

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Quadrantes de operação:




Exemplo de operação da chave em um quadrante:
ON-state: i > 0
OFF-state: v > 0

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Quadrantes de operação:

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Três maneiras de implentar chaveamento em 4 quadrantes:

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Área de atuação – Potência x Frequência:


Observa-se que as dificuldades do processamento estático de energia aumentam com a potência processada e freqüência de operação dos interruptores UTFPR – Campus Curitiba Prof. Amauri Assef

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Dispositivos semicondutores de potência:

1. 2. 3. 4. 5.

Diodos de potência MOSFETs de potência Transistores Bipolares de potência (BPT) Insulated Gate Bipolar Transistors (IGBTs) Tiristores (SCR, GTO, TRIAC, DIAC, MCT)

Resistência de condução x tensão de ruptura x tempos de comutação Portadores minoritários e dispositivos de portadores majoritários

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Diodo de potência:





Chave passiva Operação em um quadrante
Conduz quando diretamente polarizado e bloqueia quando i 0

Circuito equivalente

Característica estática ideal

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Diodo de potência:

Polarização reversa - bloqueio

Característica estática real

Polarização direta - condução

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Características dinâmicas (considera-se D real): Tempo de recuperação reversa - trr
Bastante significativo em aplicações de chaveamento em alta velocidade  provocam substâncias perdas e sobrecorrentes
O diodo real não passa, em um único instante, do estado de condução para o de não-condução (comutação abrupta)
Nesse momento uma corrente reversa flui por um breve período, e o diodo continua conduzindo devido aos portadores minoritários que permanecem na junção pn e no material semicondutor propriamente dito
Os portadores minoritários requerem um certo tempo para recombinar com as cargas opostas e ser neutralizados



C  Capacitância de recuperação do diodo (da junção) Qrr  carga armazenada em C durante condução

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Características dinâmicas (considera-se D real): VFP

VFP: máxima tensão direta na entrada em condução tr: tempo de recuperação reversa Qr: carga armazenada na capacitência de junção

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Classificação quanto ao tempo de recuperação:


Diodos lentos (standard-recovery)  trr > 1 μs





Diodos rápido (fast-recovery) trr < 200 ns





Soft-recovery – Variação de corrente suavizada para evitar picos de tensão

Diodos ultra-rápidos (ultrafast-recovery)  trr < 70 ns






Line –frequency diodes – operação em baixa frequência, geralmente menor que 1 kHz (50 ou 60Hz)

Aplicação em fontes chaveadas Pode-se reduzir o circuito snubber de proteção

Diodo Schottky (baixa tensão e elevada frequência)





Possuem uma baixa queda de tensão de condução, tipicamente de 0,3V Baixo tempo de recuperação (Qr ≈ 0) baixa perdas por condução Circuitos Snubbers menores e menos dissipativos Aplicação em fontes de baixa tensão, nas quais as quedas sobre os retificadores são significativas

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Exemplo de alguns diodos de potência comerciais:

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Transistor Bipolar De Potência (BPT):





Sempre do tipo NPN (menores perdas) Foram os primeiros semicondutores de potência totalmente controlados utilizados comercialmente em conversores estáticos; O BPT pode conduzir corrente somente em uma direção, e quando em estado bloqueado suporta somente tensões positivas, ou seja, ic>0 e vCE >0; Em condução: Junções base-emissor e coletor-base são polarizadas diretamente; Em bloqueio: corrente de base nula ou junção base-emissor polarizada reversamente.






Coletor Base Emissor

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Transistor Bipolar De Potência (BPT):

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Chaveamento do BPT:

Corrente de base ideal

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Configuração BPT Darlington:


Aumenta o ganho de corrente, para aplicações de alta tensão
Utiliza dois transistores na mesma pastilha de silício
O diodo D1 acelera o tempo de desligamento, retirando a carga armazenada em Q1 e Q2

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Conclusões sobre o Transistor Bipolar De Potência (BPT):




O BPT tem sido substituído por semicondutores mais eficientes nos últimos anos, como os MOSFETs e IGBTs, e hoje praticamente não são mais utilizados Para baixas tensões (