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Eletrônica de Potência. Cap. 1 Prof. Sérgio Augusto Oliveira da Silva 
Engenharia Elétrica 
 
UTFPR/Campus Cornélio Procópio 
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1 – APLICAÇÕES DA ELETRÔNCA DE POTÊNCIA 
 
1.1– Controle de potência através de conversores estáticos 
 
 A eletrônica de potência está diretamente associada com o controle do fluxo de potência entre 
dois ou mais sistemas elétricos distintos. Esta ciência se concentra no estudo dos conversores estáticos de 
energia elétrica, combinando potência, eletrônica e controle. 
Esta área da engenharia elétrica está baseada no chaveamento de dispositivos semicondutores de 
potência, tais como, diodos, tiristores, transistores, etc. Com a evolução tecnológica das características 
dos semicondutores, operando com níveis de corrente e tensão mais elevados, sem contar a diminuição 
das perdas de potência e o aumento da velocidade de chaveamento, tem possibilitado um enorme avanço 
nos projetos e aplicações dos conversores estáticos. 
Pode-se citar algumas da muitas aplicações da eletrônica de potência: 
 Fontes de alimentação chaveadas; 
 Sistemas de energia ininterrupta (UPS ou No-Breaks); 
 Chaves estáticas; 
 Estabilizadores de tensão; 
 Sistemas de segurança; 
 Partida suave de motores de indução; 
 Controle de motores de corrente contínua; 
 Controle de motores de corrente alternada; 
 Carregadores de baterias; 
 Conversores para soldagem; 
 Filtros ativos; 
 Controle de temperatura; 
 Transmissão em corrente contínua; 
 Interligação de sistemas de energia elétrica de frequências diferentes; 
 Compensadores de potência reativa; 
 Controladores de intensidade luminosa. 
Como dito anteriormente, para a realização do controle do fluxo de potência entre dois ou mais 
sistemas elétricos, os conversores estáticos podem ser classificados como: 
 Retificadores controlados e não controlados (conversores CA-CC); 
 Inversores (conversores CC-CA); 
 Conversores direto e indireto de freqüência (conversores CA-CA); 
 Conversor direto de tensão (Chopper - conversor CC-CC); 
 Conversor indireto de tensão (conversor CC-CA-CC). 
 A Fig. 1.1 apresenta as principais aplicações referentes aos conversores estáticos. 
Fig. 1.1 - Principais aplicações dos conversores estáticos. 
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1.2 – Dispositivos semicondutores de potência 
 Dependendo da faixa de potência (níveis de tensão e corrente suportáveis pelo dispositivo), faixas 
de frequência, tempo de chaveamento e perdas, diversos dispositivos semicondutores estão 
disponibilizados no mercado. O conhecimento das características inerentes a cada dispositivo 
semicondutor permite ao projetista a escolha da chave adequada para uma dada aplicação. 
Dentre os diversos dispositivos semicondutores de potência existentes no mercado pode-se citar 
alguns deles: Diodos de potência, Tiristores (SCRs, GTOs, MCTs, etc), BJTs (Bipolar Junction 
Trasistors), MOSFETs de potência, IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors), etc. 
 
1.3 – O diodo 
 Os diodos de potência podem ser classificados por três tipos distintos: genéricos, rápidos e 
schottky, os quais diferem-se entre si pelo tempo de chaveamento nas direções diretas e reversas, bem 
como nos níveis de tensão e corrente nominais. 
Os diodos genéricos operam com tempos de recuperação relativamente altos, situando-se por 
volta de 25 s. Desse modo, estes dispositivos são utilizados em faixas de frequência baixas onde o 
tempo de recuperação não é tão importante, como por exemplo, os retificadores comutados pela rede. A 
faixa de trabalho deste tipo de diodo é de 5000 V/ 5000 A. 
Os diodos rápidos, cujos tempos de recuperação estão na faixa dos 5 s, são utilizados 
essencialmente em circuitos onde a frequência de chaveamento do conversor é alta. A tensão máxima 
reversa neste tipo de diodo é por volta de 3000 V, enquanto a sua corrente pode ultrapassar 3000 A. 
Já o diodo Schottky é uma chave que opera com baixas quedas de tensão na região direta e com 
alta velocidade (tempo de recuperação muito pequeno), em função de suas características construtivas. A 
medida que sua faixa de tensão aumenta os níveis da corrente de fuga também aumentam, o que limita a 
sua utilização a conversores de baixas tensões onde a eficiência do conversor é um fator preponderante 
(baixas perdas na condução e no chaveamento). Sua faixa de trabalho situa-se em torno de 300 V/100 A. 
 
1.3.1 – Características de tensão-corrente de um diodo 
O controle do diodo caracteriza-se pelo fato da sua entrada em condução e o seu desligamento 
não serem controlados. A entrada em condução e o desligamento são obtidos em função da polarização 
reversa e direta que o dispositivo é submetido. 
 
1.3.2 – Representação do diodo 
 Idealmente, um diodo pode ser representado como uma chave aberta, quando polarizado 
reversamente, ou por uma chave fechada, quando polarizado diretamente. A Fig. 1.2 (a) mostra a 
representação do diodo como uma chave perfeita, ou seja, queda de tensão zero quando em condução 
(polarização direta) e corrente zero quando bloqueado (polarização reversa). 
 Simbolicamente, o diodo pode ser representado pelo desenho mostrado na Fig. 1.2 (b). O terminal 
positivo é chamado de ânodo (A) e o negativo de cátodo (K). 
Fig. 1.2 – Representação do diodo: (a) Chave ideal aberta e fechada; (b) Símbolo do diodo. 
 
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1.3.2.1 – Curva do diodo (modelo ideal) 
 
 O modelo do diodo ideal está mostrado na Fig. 1.3, onde é traçada a curva corrente versus 
tensão no diodo (
dd vxi
). Sendo assim a tensão através do diodo, quando em condução, será igual a 0 
Volt para qualquer nível de corrente que o componente possa suportar. Como pode ser observado o diodo 
ideal suporta tensões reversas infinitas e possui corrente reversa igual a zero. 
Fig. 1.3 – Características do diodo: (a) Modelo do diodo ideal; (b) Representação da chave ideal. 
 
 
1.3.2.2 – Curva do diodo (modelo quase ideal) 
 
O modelo do diodo quase ideal está mostrado na Fig. 1.4, onde é traçada a curva corrente versus 
tensão no diodo (
dd vxi
). Neste caso, o diodo é representado por uma chave ideal associada em série com 
uma fonte de tensão 
TOV
 (turn-on voltage). O diodo entrará em condução apenas quando a tensão de 
polarização do diodo for superior à chamada tensão de ligamento 
TOV
. Sendo assim, a tensão através do 
diodo quando em condução será igual à 
TOV
 para qualquer corrente. Para os diodos de silício a tensão 
TOV
 situa-se em torno de 1 Volt. 
Fig. 1.4 – Características do diodo: (a) Modelo do diodo quase ideal; (b) Representação da chave quase ideal. 
 
 
1.3.2.3 – Curva do diodo (modelo quase prático) 
 
O modelo do diodo quase prático está mostrado na Fig. 1.5, onde é traçada a curva corrente 
versus tensão no diodo (
dd vxi
). Considera-se, neste caso, uma chave ideal associada em série com uma 
fonte de tensão 
TOV
 e com uma resistência intrínseca ao componente (
dr
). Desse modo, a tensão total 
sobre o diodo é dada pela expressão (1.1). 
 
ddTOd riVv
 (1.1) 
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 Considerando 
dr
 linear, a tensão sobre o diodo também varia linearmente dependendo do valor da 
corrente direta 
di
, como mostra a curva do modelo e a expressão (1.1). 
Fig. 1.5 – Características do diodo: (a) Modelo do diodo quase prático; (b)Representação da chave quase real. 
 
1.3.2.4 – Curva do diodo (modelo prático) 
 
O modelo prático do diodo está mostrado na Fig. 1.6, na qual é traçada a curva corrente versus 
tensão no diodo (
dd vxi
), considerando, na região reversa, a corrente reversa e a tensão de ruptura do 
diodo. 
Nota-se que, enquanto a tensão reversa não atinge a tensão de ruptura, a corrente reversa 
SI
 pode 
ser considera desprezível situando-se na ordem de micro ou nano ampères, o que é muito menor que a 
corrente direta. Depois de atingida a tensão de ruptura o diodo pode se danificar por excesso de calor. 
Quando isto ocorre há um aumento excessivo da corrente reversa. A ordem de grandeza da tensão de 
ruptura varia de dezenas a milhares de volts, dependendo das características construtivas do diodo. 
Fig. 1.6 – Modelo do diodo prático. 
 
 A corrente através do diodo 
di
 pode ser definida por (1.2). Esta expressão é conhecida como 
equação do diodo de Schockley, sendo dada por: 
 
)1e(Ii TD
nVV
sd
 (1.2) 
 
Onde: 
 
di
= corrente do diodo (direta ou reversa); 
 
sI
= Corrente de saturação reversa ou corrente de fuga; 
 
DV
= Tensão do diodo; 
 
TV
= Tensão térmica do diodo; 
 
n
= coeficiente de emissão, dependente do material semicondutor e da construção física do 
dispositivo. Para a maioria dos diodos comerciais 
n
 situa-se entre 1 e 2. 
 
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A tensão térmica 
TV
 é definida pela equação (1.3). 
 
q
kT
VT
 
(1.3) 
 
Onde: 
 
q
= carga do elétron (
19602,1 eq
 coulomb); 
 
T
= Temperatura em Kelvin (K= 273 + 
o
C); 
 
k
= constante de Boltzmann: (
233806,1 ek
 J/C); 
 
Considerando a temperatura de 25 
o
C na junção do diodo, pela equação (1.3), encontra-se 
TV
= 25,8mV. 
 
 Observa-se pela equação (1.2) que na região de polarização reversa, para valores de 
DV
 
negativos, o termo exponencial torna-se muito pequeno e poderá ser desprezado. Desse modo a corrente 
do diodo torna-se 
sD Ii
, o que indica que a corrente no diodo no sentido reverso é igual à corrente de 
saturação reversa 
sI
. 
 
1.3.3 – Características dinâmicas dos diodos 
 
1.3.3.1 – Bloqueio do diodo 
 
Na maioria das aplicações de chaveamento um diodo é ciclicamente comutado do seu estado de 
condução para o seu estado de bloqueio e vice-versa. 
Quando o diodo é comutado do seu estado de condução para o estado de bloqueio, seja pelo 
comportamento natural do circuito ou pela aplicação de uma tensão reversa, haverá a circulação de uma 
corrente reversa com amplitude muito maior que aquela da corrente normal de saturação reversa, uma 
vez que a carga armazenada na junção não pode ser variada instantaneamente. A corrente reversa flui 
pelo diodo por um determinado período de tempo, até que os portadores minoritários, que permaneciam 
armazenados na junção pn e no material semicondutor se recombinem. Os portadores minoritários 
necessitam de um certo tempo para se recombinarem com as cargas de sinais opostos e se neutralizarem. 
 Este tempo para que a recombinação ocorra é chamado de tempo de recuperação reversa 
rrt
 
(reverse recovery time). O diodo não desliga até que a corrente reversa se anule, como pode ser mostrado 
na Fig. 1.7. O tempo 
rrt
 é definido como o intervalo tempo em que a corrente do diodo cruza pelo zero, 
atinge o seu pico 
RRI
 e decresce até atingir 25% de 
RRI
. 
 Os diodos são classificados como “rápidos” ou “lentos” baseados nos tempos de recuperação, que 
podem variar na faixa dos nano segundos para os diodos rápidos até os micros segundos para os lentos. 
 Na Fig. 1.7, considera-se que o diodo conduz uma corrente direta 
DI
, em um circuito no qual 
considera-se a taxa de decaimento da corrente no diodo igual a zero (
0dtdiD
). No início do processo 
de bloqueio, a corrente 
DI
 decresce, se anula e atinge uma corrente máxima negativa 
RRI
. Enquanto 
houver excesso de portadores minoritários, a tensão da junção é mantida baixa e positiva (tempo 
sdt
). 
Quando a carga armazenada na junção é escoada e a concentração dos portadores minoritários 
começa a cair abaixo do nível de equilíbrio, a tensão na junção torna-se negativa. A tensão na junção 
sobe até atingir o valor da tensão externa 
RV
, enquanto a corrente reversa no diodo decresce até atingir o 
nível da corrente de saturação reversa, característica do diodo. 
 
 
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Fig. 1.7 – Características da recuperação reversa (
0dtdiD
). 
 
 A Fig. 1.8, considera a situação onde o diodo é conduzido do estado de condução ao bloqueio, em 
que a taxa de decaimento da corrente do diodo não é igual a zero (
0dtdiD
). 
 O tempo 
rrt
 é definido como a soma dos tempos 
1rt
 e 
2rt
. Este tempo depende da temperatura da 
junção, da amplitude da corrente antes da comutação (
DI
) e da taxa de decaimento da corrente direta 
(
dtdiD
). O valor de pico da corrente reversa é dado pela expressão (1.4). 
 
dt
di
tI DrRR 1
 
(1.4) 
 
 A carga de recuperação reversa 
RRQ
 representa a quantidade de portadores que fluem através do 
diodo no sentido reverso, devido à comutação. Esta carga é, aproximadamente, definida pela equação 
(1.5). 
 
rrRRrRRrRRRR tItItIQ
2
1
2
1
2
1
21
 
(1.5) 
 
 Sabendo-se que 
rrt
 é a soma dos tempos 
1rt
 e 
2rt
, e através das equações (1.4) e (1.5) pode-se 
obter, respectivamente, 
rrt
 e 
RRI
 em função de 
RRQ
 e 
dtdiD
, ou seja: 
 
dtdi
ttQ
t
D
rrRR
rr
)1(2 12
 
(1.6) 
 
)1(
2
12 rr
DRR
RR
tt
dtdiQ
I
 
(1.7) 
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 A relação 
12 rr tt
 encontrada nas equações (1.6) e (1.7) é chamada de fator de suavidade. 
Observa-se que 
rrt
 e 
RRI
 dependem diretamente da carga armazenada 
RRQ
 e da taxa de decaimento da 
corrente do diodo (
dtdiD
). 
 Geralmente nas folhas de especificações dos diodos são fornecidos gráficos de 
rrt
, 
RRQ
 e fator de 
suavidade 
12 rr tt
, em função da taxa de variação da corrente reversa 
dtdiD
. 
Fig. 1.8 – Características da recuperação reversa (
0dtdiD
). 
 
1.3.3.2 – Entrada em condução do diodo 
 As formas de onda relacionadas com a entrada em condução do diodo estão mostradas na Fig. 
1.9. Como visto anteriormente, quando o diodo está polarizado reversamente (bloqueado), existirá a 
circulação da corrente reversa devido aos portadores minoritários. Na aplicação de uma tensão direta, um 
certo tempo será necessário até que os portadores majoritários, distribuídos no dispositivo, possam 
efetivamente contribuir para o fluxo de corrente. Este tempo é chamado de tempo de recuperação direta 
frt
 (forward recovery time). Esta interpretação não leva em conta as causas da sobretensão observada na 
Fig. 1.9. 
Quando o diodo é levado do seu estado de bloqueio para o estado de condução, o efeito da alta 
resistividade inicial do diodo, adicionado aos efeitos das indutâncias parasitas no circuito, provoca 
sobretensão no diodo que pode atingir várias dezenas de volts, o suficiente para afetar a operação de 
alguns circuitos bem como danificar o dispositivo. 
Portanto, verifica-se a existência de um certo tempo (
frt
) para que o diodo entre plenamente em 
condução. Quanto menor 
frt
 mais rápido será o diodo e menor será a sobretensão. Um maior valor de 
dtdiD
, ou seja, a presença de indutâncias parasitas em valores menores, também ajuda a minimizar as 
sobretensões.Eletrônica de Potência. Cap. 1 Prof. Sérgio Augusto Oliveira da Silva 
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Fig. 1.9 – Curvas relacionadas à entrada em condução do diodo (
0dtdiD
). 
 
1.3.4 – Proteção do diodo 
 
 Como visto anteriormente, os transitórios relacionados às comutações do diodo podem levá-lo a 
tensões superiores às suas tensões nominais. Para contornar ou mesmo minimizar este inconveniente, 
costuma ser usado um circuito RC associado em série, colocado em paralelo com a chave, como 
mostrado na Fig. 1.10. Estes circuitos são chamados de circuitos amortecedores ou mesmo circuitos 
snubber, e suas funções consistem em reduzir a taxa de variação da tensão sobre o componente. 
Fig. 1.10 – Circuito snubber 
 
1.3.5 – Perdas no diodo 
 
 A perdas do diodo podem ser relacionadas da seguinte forma: 
 perdas na condução direta; 
 perdas na condução reversa (poderá ser desprezada em função do baixo valor da corrente de 
saturação reversa; tipicamente na faixa de 10
-6
 a 10
-15
); 
 perdas na comutação (entrada em condução e bloqueio). 
 
A potência dissipada no diodo é transformada em calor. O aumento da temperatura originária das 
perdas no diodo não deve ultrapassar os limites impostos pelo fabricante, pois o dispositivo pode vir a se 
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danificar. Desta forma, torna-se necessário calcular estas perdas para mensurar os níveis de temperatura 
no dispositivo e se necessário dimensionar um dissipador de calor adequado. 
 
1.3.5.1 – Perdas em condução 
 
 Como pode ser visto através da Fig. 1.6, em condução (região direta), o diodo pode ser 
representado por uma força-eletromotriz (
TOV
) associada em série com uma resistência intrínseca do 
diodo 
dr
. A tensão 
TOV
 é chamada de tensão de ligamento (turn-on voltage) e situa-se na faixa de 0,7 à 
1,2 Volts para os diodos de silício. 
 Desse modo, a expressão que define as perdas em condução no diodo é dada por: 
 
2
efmed DdDTOON
IrIVP
 (1.8) 
 
Onde: 
 
TOV
= Tensão de ligamento do diodo; 
 
medD
I
= Corrente média no diodo; 
 
efD
I
= Corrente eficaz no diodo; 
 
dr
= Resistência do diodo. 
 
1.3.5.2 – Perdas na comutação 
 
 Tanto na entrada em condução como no bloqueio existem perdas relacionadas com os transitórios 
envolvidos. 
 Baseado nas Figs. 1.8 e 1.9, as perdas na entrada em condução e bloqueio podem ser aproximadas 
pelas expressões (1.9) e (1.10), respectivamente. Conforme pode ser observado, quanto maior a 
frequência de chaveamento, maiores serão as perdas. 
 
ftI)VV(
6
1
P frmaxDTOmaxFonsw
 
(1.9) 
 
Onde: 
 
TOV
= Tensão de ligamento do diodo; 
 
maxF
V
= Tensão direta máxima do diodo na entrada em condução; 
 
maxD
I
= Corrente do diodo máxima; 
 
frt
= Tempo de recuperação direta; 
 
f
= Frequência de chaveamento. 
 
fVtIP RrrRRswoff max2
1
 
(1.10) 
 
Onde: 
 
maxR
V
= Tensão reversa máxima do diodo no bloqueio; 
 
RRI
= Corrente de recuperação reversa; 
 
rrt
= Tempo de recuperação reversa; 
 
f
= Frequência de chaveamento. 
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1.3.6 – Especificações para os valores nominais de um diodo 
 
 É importante no momento de fazer um projeto, avaliar as formas de onda do circuito que se está 
projetando de forma a especificar o diodo com segurança. Todas as características do dispositivo são 
informadas no catálogo do fabricante de modo a orientar o projetista na escolha correta do componente. 
Alguns dos inúmeros dados especificados em catálogos podem ser citados como exemplo: 
 
 Tensão reversa máxima 
)RRM(V
(breakdown voltage): Tensão máxima que o diodo poderá suportar 
quando este estiver polarizado reversamente; 
 Corrente direta média máxima
(max)avI
 (average current): Corrente média máxima que o diodo poderá 
conduzir quando estiver polarizado diretamente; 
 Corrente direta eficaz máxima
(max)rmsI
 (rms current): Corrente eficaz máxima que o diodo poderá 
conduzir quando estiver polarizado diretamente; 
 Corrente máxima de surto 
FSMI
: corrente máxima que o diodo poderá suportar durante um 
transitório; 
 Temperatura máxima da junção
(max)jT
: Temperatura máxima que o diodo poderá suportar em sua 
junção sem apresentar defeito. 
 
 
Bibliografia: 
 
MOHAN Ned; UNDELAND Tore M.; ROBBINS William P. Power Eletronics – Converters, 
Applications and Desig. 2 ed. New York: John Wiley & Sons, Inc., 1995. 
RASHID, Muhammad H. Eletrônica de Potência. São Paulo: Makron Books, 1999. 
ASHFAQ Ahmed. Eletrônica de Potência. São Paulo: Prentice Hall, 2000. 
BARBI, Ivo. Eletrônica de Potência. Florianópolis: Editora UFSC.