Circuitos de Chaveamento

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APOSTILA TÉCNICA APROFUNDADA
Eletrônica Industrial
Tema 1
Circuitos de Chaveamento
Engenharia Elétrica - 8º semestre
Resumo completo por módulos, com teoria, cálculos, diagramas e aplicação
Módulos deste tema
Módulo 1 - Circuitos transistorizados em chaveamento elétrico
Módulo 2 - Circuitos integrados no chaveamento de circuitos elétricos
Eletrônica Industrial Tema 1 - Circuitos de Chaveamento
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Objetivos e mapa de estudo
Propósito do material da faculdade
É fundamental aos estudantes de Engenharia a discussão sobre a utilização de elementos do tipo transistor e
circuitos integrados no chaveamento de circuitos, os diferentes tipos de transistores, algumas topologias e
configurações. O desenvolvimento dos circuitos digitais e o aparecimento da lógica transistor a transistor
(TTL) também serão apresentados, além dos acopladores ópticos e sua utilização no acionamento de circuitos
elétricos. Objetivos • Descrever a aplicação de circuitos transistorizados no chaveamento de circuitos
elétricos. • Descrever a aplicação de circuitos integrados no chaveamento de circuitos elétricos.
O que você deve dominar ao terminar este tema
• Explicar os conceitos com terminologia técnica correta e linguagem simples.
• Interpretar o funcionamento e os diagramas associados.
• Aplicar as equações dentro de suas hipóteses e unidades.
• Comparar componentes, topologias e tecnologias.
• Reconhecer limitações, falhas, riscos e critérios de seleção.
Mapa progressivo dos módulos
Módu
lo
Questão central Resultado esperado
1 Como compreender e aplicar circuitos transistorizados
em chaveamento elétrico?
Analisar, calcular quando aplicável e justificar
uma decisão de engenharia.
2 Como compreender e aplicar circuitos integrados no
chaveamento de circuitos elétricos?
Analisar, calcular quando aplicável e justificar
uma decisão de engenharia.
Eletrônica Industrial Tema 1 - Circuitos de Chaveamento
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Módulo 1 - Circuitos transistorizados em
chaveamento elétrico
Fundamento → compreensão → funcionamento → análise → aplicação de engenharia
1. Visão geral
O módulo trata de circuitos transistorizados em chaveamento elétrico. Sua finalidade é permitir que o
estudante reconheça o fenômeno, equipamento ou arquitetura, modele seu comportamento e utilize os
resultados em decisões de projeto, operação, diagnóstico e proteção.
Dentro de Eletrônica Industrial, esse conhecimento é importante porque reduz perdas em controle de
potência. Ele aparece em aplicações como: Problema: acionar uma carga sem dissipar potência elevada no
elemento de controle. Solução: usar chave semicondutora comandada e proteção adequada.
Fonte elétrica →
Chaveamento
controlado →
Filtro /
armazenamento → Carga / rede
Figura conceitual - caminho funcional do assunto estudado.
2. Conceitos fundamentais
Conceitos centrais explicados
Conceito: Chaveamento
Definição técnica: Operação do semicondutor entre corte e condução.
Explicação simples: O dispositivo funciona como chave aberta ou fechada.
Importância: Reduz perdas em controle de potência.
Conceito: Região de corte
Definição técnica: Estado de corrente praticamente nula.
Explicação simples: Chave desligada.
Importância: Define bloqueio e corrente de fuga.
Conceito: Saturação/acionamento pleno
Definição técnica: Estado de baixa queda de tensão na chave.
Explicação simples: Chave ligada.
Importância: Minimiza dissipação em condução.
Desenvolvimento dos subassuntos do material-base
Os blocos abaixo reorganizam os pontos teóricos distribuídos nas páginas do módulo. Foram removidas chamadas de vídeo,
alternativas de questões e repetições, mas preservado o desenvolvimento conceitual necessário ao estudo.
Amplificadores
Quando funcionam como um amplificador, transitores recebem uma pequena corrente elétrica em uma
extremidade (uma corrente de entrada) e produzem uma corrente elétrica muito maior (uma corrente de saída)
na outra. De maneira bastante simplificada, é uma espécie de ganho de corrente. Isso é bastante útil em
circuitos eletrônicos aplicados a alguns dispositivos.
Tipo n Tipo p
Quando dopado com elementos químicos, como Quando dopado com outras impurezas, como o arsênico, fósforo
ou antimônio, ganha alguns boro, o gálio ou o alumínio, o silício tem menos elétrons "livres" extras - capazes de
transportar elétrons "livres", então os elétrons em materiais uma corrente elétrica -, fazendo com que os
próximos tenderão a fluir para ele. A esse tipo elétrons fluam através dele mais facilmente. de silício
denomina-se tipo p (tipo positivo). Como os elétrons têm carga negativa, é chamado de tipo n (tipo negativo).
O silício tipo n e o tipo p não possuem carga em si. Ambos são eletricamente neutros, embora o silício tipo n
tenha elétrons "livres" extras, o que aumenta sua condutividade e faz com que o silício tipo p tenha menos
elétrons livres - isso aumenta sua condutividade de maneira oposta.
Transistor bipolar de junção (TBJ)
As letras referem-se às camadas de material semicondutor usado para fabricar cada transistor. A maioria dos
Eletrônica Industrial Tema 1 - Circuitos de Chaveamento
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transistores utilizados na indústria é do tipo NPN, tendo em vista a maior facilidade de fabricação desse
transistor a partir do silício.
Essa camada de óxido metálico nos MOSFETs ajuda no isolamento elétrico da entrada, aumentando sua
resistência de entrada e permitindo uma redução no consumo de corrente. O MOSFET é bastante utilizado em
fontes de alimentação.
Um transistor tipo FET também possui três terminais diferentes
Um transistor tipo FET também possui três terminais diferentes: source (S), que é análogo ao emissor; dreno (D),
análogo ao coletor; e gate (G), análogo à base.
Junção de materiais em um transistor TBJ tipo NPN
Quando não há corrente fluindo no transistor, é possível intuir que o silício tipo p tem poucos elétrons
(mostrados aqui pelos pequenos sinais de mais, representando cargas positivas), e os dois pedaços de silício
tipo n têm elétrons extras (mostrados pelo pequeno sinal positivo).
Amplificação da corrente fornecida por um painel solar em um circuito transistorizado
Tudo o que a corrente da célula solar faz é controlar a corrente da fonte de alimentação para o medidor. Isso
permite fornecer uma corrente de leitura para o medidor maior do que a célula solar poderia fornecer sem
amplificação. Como o transistor é um dispositivo regulador de corrente e como as indicações do medidor são
baseadas na corrente por meio do circuito, a indicação do medidor nesse circuito deve depender
proporcionalmente da corrente da célula solar, e não da tensão fornecida pela fonte.
Ligado Desligado
Não deve operar como amplificador e nunca estar "parcialmente" ligado (o que pode acontecer quando o
circuito for mal dimensionado), podendo superaquecer e ser destruído. No estado ligado, a tensão entre o
coletor e o emissor através do transistor é quase zero e o transistor é dito saturado porque não é possível passar
mais corrente através do coletor do que já está passando.
Circuito para acionamento de um LED com um transistor
A escolha entre NPN e PNP é arbitrária, sendo que ambos os transistores possuem as mesmas características.
Por esse motivo, é fundamental observar que as direções corretas das correntes sejam mantidas de acordo com
a polarização correta da junção (fluxo da corrente seguindo a seta do símbolo do transistor).
Polarização de corte Polarização de saturação
Quando a chave estiver aberta, o fio base do Quando a chave for fechada, uma corrente transistor não estará
conectado a nada e não poderá fluir da fonte para a base do transistor haverá corrente através dele. Nesse caso,
diz- através da chave. Essa corrente de base se que o transistor está cortado (polarização de permitirá um fluxo
de corrente muito maior corte) (sem corrente fluindo entre o emissor e o entre o coletor e o emissor, acendendo
o LED. coletor). Nesse estado de corrente máxima do circuito, diz-se que o transistor está saturado (polarização
de saturação).
Aplicações dos transistores Os transistores são usadosno dia a dia em diversos equipamentos eletroeletrônicos,
como amplificadores e aparelhos de comutação (chaveamento).
Circuito para acionamento de um LED através de um circuito integrado
Um resistor de base limita a corrente que flui para a base do transistor a fim de evitar que seja danificado,
também deve permitir que o fluxo de corrente de base seja suficiente para garantir que o transistor esteja
totalmente saturado quando ligado.
A determinação do valor do resistor é feita pela lei das tensões de um circuito:
Cabe destacar que, em casos de dispositivos que demandem correntes acima do máximo permitido pelo
transistor, um relé ou outro dispositivo que permita uma intensidade maior de corrente deverá ser utilizado.
Os pares Darlington estão comercialmente disponíveis como um pacote de transistor Darlington com três
terminais (B, C e E) equivalentes aos de um transistor-padrão, sendo possível também fazer um par Darlington a
partir de dois transistores comuns.
3. Funcionamento
A sequência funcional deve ser lida do estímulo ou entrada até a resposta do sistema. Em cada etapa, o
engenheiro observa as variáveis de estado, conversões, atrasos, perdas e condições de falha.
1. Um sinal de comando é condicionado.
2. O estágio de acionamento fornece tensão/corrente adequada.
3. A chave comuta a carga entre os estados definidos.
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4. Proteções limitam corrente, tensão e temperatura.
4. Equações e relações matemáticas
Pcond ≈ VON·I
Variáveis e unidades: VON em V; I em A.
Significado físico: Perda aproximada em condução.
Psw ≈ 0,5·V·I·(tr+tf)·fs
Variáveis e unidades: tr/tf em s; fs em Hz.
Significado físico: Estimativa de perdas de comutação.
D = ton/T
Variáveis e unidades: 0 ≤ D ≤ 1.
Significado físico: Razão cíclica do comando PWM.
Condições de validade
• Unidades coerentes no SI.
• Hipóteses e condições de contorno explicitadas.
• Resultados validados contra limites do equipamento e do processo.
5. Componentes, elementos ou equipamentos
Elemento/equipamen
to
Função Princípio Características e limitações
Transistor/chave Comutar a carga. Corte e condução. Tensão, corrente, SOA e
temperatura.
Driver Adaptar comando. Fornece carga/corrente de
gate ou base.
Atraso e imunidade a ruído.
Proteção Limitar surtos e falhas. Diodo, snubber e
supervisão.
Dimensionamento depende da
energia do surto.
A tabela resume a função principal. A seleção final deve considerar tensão, corrente, frequência, ambiente, tolerância,
proteção, manutenção e vida útil conforme a natureza do elemento.
6. Aplicação prática
Problema acionar uma carga sem dissipar potência elevada no elemento de controle.
Solução usar chave semicondutora comandada e proteção adequada.
Funcionamento Um sinal de comando é condicionado. O estágio de acionamento fornece
tensão/corrente adequada. A chave comuta a carga entre os estados
definidos.
Resultado esperado Resultado tecnicamente verificável, dentro dos limites de desempenho,
segurança e operação.
7. Exemplo de engenharia
Aplicação orientada de engenharia
Problema: Uma bobina de relé comandada por transistor exige diodo de roda livre. Sem ele, a energia
indutiva gera sobretensão capaz de danificar a chave.
Resolução passo a passo
1. Definir requisitos e condições de contorno.
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2. Selecionar modelo e dados confiáveis.
3. Calcular ou simular o comportamento.
4. Comparar com limites e validar em ensaio.
Resultado: Solução tecnicamente justificada e verificável.
Interpretação de engenharia: O resultado deve ser aceito somente dentro das hipóteses declaradas.
8. Pontos críticos e cuidados
• Não operar continuamente na região linear sem cálculo térmico.
• Verificar corrente de partida e cargas indutivas.
• Garantir acionamento suficiente da base/gate.
• Dimensionar dissipador pela cadeia térmica.
• Controlar dv/dt, di/dt e EMI.
Erros e modos de falha recorrentes
Erro/modo de falha Consequência Prevenção ou verificação
Shoot-through Curto do barramento CC Aplicar dead time e intertravamento
Saturação do indutor Sobrecorrente e perda de controle Dimensionar pelo pico e temperatura
Layout de comutação extenso Surtos e EMI Minimizar laços e usar desacoplamento
9. Relação com outros assuntos
• PWM e conversores.
• Acionamentos e automação.
• Eletrônica digital e interfaces de potência.
A relação entre disciplinas é importante porque o comportamento elétrico, a instrumentação, o controle, a
comunicação e a proteção formam um único sistema na aplicação real.
10. Complementos técnicos
Complemento técnico: as perdas totais combinam condução, comutação e consumo do driver; elevar a
frequência reduz componentes passivos, mas normalmente aumenta perdas e EMI.
Complemento: a seleção profissional exige curvas de datasheet, área segura de operação, energia de
comutação, impedância térmica transitória, layout, proteção contra surtos e ensaios de EMI.
Normas e referências normativas relacionadas
• IEC 60146 - conversores semicondutores. Consultar a edição vigente e o escopo aplicável.
• IEC 61800 - sistemas de acionamento elétrico de velocidade variável. Consultar a edição vigente e o escopo
aplicável.
• IEC 61000 - limites e ensaios de compatibilidade eletromagnética. Consultar a edição vigente e o escopo
aplicável.
11. O que realmente precisa ser memorizado
• Corte = chave aberta.
• Condução plena = baixa queda.
• Pcond ≈ VON·I.
• Carga indutiva exige caminho para a corrente.
• Verificar SOA e temperatura de junção.
• Pcond ≈ VON·I - Perda aproximada em condução.
• Psw ≈ 0,5·V·I·(tr+tf)·fs - Estimativa de perdas de comutação.
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• D = ton/T - Razão cíclica do comando PWM.
12. Resumo final do módulo
• O assunto central é Circuitos transistorizados em chaveamento elétrico.
• Chaveamento: Operação do semicondutor entre corte e condução.
• Região de corte: Estado de corrente praticamente nula.
• Saturação/acionamento pleno: Estado de baixa queda de tensão na chave.
• Corte = chave aberta.
• Condução plena = baixa queda.
• Pcond ≈ VON·I.
• Carga indutiva exige caminho para a corrente.
• Verificar SOA e temperatura de junção.
Checklist de domínio
□ Consigo explicar, sem consultar o texto, o que é circuitos transistorizados em chaveamento elétrico e por
que esse assunto é usado?
□ Consigo diferenciar Chaveamento de Região de corte e dar uma aplicação de cada um?
□ Consigo identificar as unidades, hipóteses e significado físico das equações principais?
□ Consigo refazer o exemplo numérico e interpretar o sinal, a ordem de grandeza e o limite do resultado?
□ Consigo reconhecer os três principais erros de projeto ou operação discutidos no módulo?
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Módulo 2 - Circuitos integrados no
chaveamento de circuitos elétricos
Fundamento → compreensão → funcionamento → análise → aplicação de engenharia
1. Visão geral
O módulo trata de circuitos integrados no chaveamento de circuitos elétricos. Sua finalidade é permitir que o
estudante reconheça o fenômeno, equipamento ou arquitetura, modele seu comportamento e utilize os
resultados em decisões de projeto, operação, diagnóstico e proteção.
Dentro de Eletrônica Industrial, esse conhecimento é importante porque aumenta repetibilidade e reduz
componentes externos. Ele aparece em aplicações como: Problema: acionar uma carga sem dissipar potência
elevada no elemento de controle. Solução: usar chave semicondutora comandada e proteção adequada.
Fonte elétrica →
Chaveamento
controlado →
Filtro /
armazenamento → Carga / rede
Figura conceitual - caminho funcional do assunto estudado.
2. Conceitos fundamentais
Conceitos centrais explicados
Conceito: Circuito integrado de chaveamento
Definição técnica: Conjunto de transistores e funções de comando em um encapsulamento.
Explicação simples: Integra controle, proteção e acionamento.
Importância: Aumenta repetibilidade e reduz componentes externos.
Conceito: Região decorte
Definição técnica: Estado de corrente praticamente nula.
Explicação simples: Chave desligada.
Importância: Define bloqueio e corrente de fuga.
Conceito: Saturação/acionamento pleno
Definição técnica: Estado de baixa queda de tensão na chave.
Explicação simples: Chave ligada.
Importância: Minimiza dissipação em condução.
Desenvolvimento dos subassuntos do material-base
Os blocos abaixo reorganizam os pontos teóricos distribuídos nas páginas do módulo. Foram removidas chamadas de vídeo,
alternativas de questões e repetições, mas preservado o desenvolvimento conceitual necessário ao estudo.
Placa-mãe com circuitos integrados
Componentes adicionais também podem residir no CI, todos interconectados por meio de uma rede complexa de
pastilhas semicondutoras, silício, cobre e outros materiais. Em termos de tamanho, cada componente é
pequeno, geralmente microscópico. O circuito resultante, um chip monolítico, também é minúsculo - muitas
vezes apenas o suficiente para ocupar alguns milímetros quadrados ou centímetros de espaço.
Entre os circuitos integrados mais conhecidos e utilizados comercialmente, estão os de lógica transistor a
transistor (TTL ou T2L), Processador de computador introduzidos no final da década de 1960. A lógica TTL
cresceu rapidamente para ser o tipo mais utilizado entre os circuitos integrados digitais. Muitas melhorias e
variações foram adicionadas desde a sua primeira versão. Nos dias atuais, a TTL continua sendo uma escolha
popular entre os circuitos integrados.
A série SN 54 (SN significa rede de semicondutores ou semiconductors network) é mais cara e projetada para
maior faixa de temperatura do que a série SN 74. Os dispositivos SN 54 operam em uma faixa de temperaturas
de -55 a +125°C, enquanto os dispositivos SN 74 operam em uma faixa de 0 a 70°C.
Essa notação de TTL ou CMOS refere-se à tecnologia lógica usada para fabricar o CI. De modo geral, os CIs
lógicos TTL usam transistores bipolares de junção do tipo NPN e PNP, enquanto os CIs lógicos CMOS usam
transistores de efeito de campo do tipo semicondutor de óxido metálico (MOSFET) ou transistores de efeito de
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campo por junção (JFET) complementares para seus circuitos de entrada e saída.
O uso de transistores para a construção de portas lógicas depende de sua funcionalidade como chaves rápidas.
Como já falado, quando a junção base-emissor é ligada o suficiente para ser levada à saturação, a tensão do
coletor em relação ao emissor pode ser próxima de zero e usada para construir portas para a família lógica TTL.
Números binários Níveis lógicos
Isso é possível tendo em vista que apenas dois níveis ou estados de tensão são permitidos em circuitos digitais,
e esses estados são geralmente referidos como Lógico “1” e Lógico “0”, ou ALTO e BAIXO, ou VERDADEIRO e
FALSO.
Integração de Média Escala (MSI) Contém entre 10 e 100 transistores ou dezenas de portas dentro de um único
pacote e realiza operações digitais como somadores, decodificadores, contadores, flip-flops e multiplexadores.
Super-Large Scale Integration (SLSI) Contém entre 10
Super-Large Scale Integration (SLSI) Contém entre 10.000 e 100.000 transistores dentro de um único pacote e
realiza operações computacionais como chips microprocessadores, microcontroladores, PICs (Programmable
Interface Controller - Controlador de Interface Programável) básicos e calculadoras.
Ultra-Large Scale Integration (ULSI) Contém mais de 1 milhão de transistores - os big boys que são usados em
CPUs de computadores, GPUs, processadores de vídeo, microcontroladores, FPGAs (field-programmable gate
array - matriz de portas programáveis) e PICs complexos.
Eles ainda formam o elemento essencial em relés de estado sólido, que são dispositivos eletrônicos que utilizam
semicondutores para operação sem contato físico entre seus terminais.
Um detector de luz
O detector de luz dentro do acoplador óptico ou isolador óptico detecta a luz do emissor e a converte de volta
em um sinal elétrico. O detector de luz pode ser qualquer um dos vários tipos diferentes de dispositivos, tais
como um fotodiodo, um fototransistor, um foto-Darlington, entre outros.
Embora um acoplador óptico ou isolador óptico seja geralmente pensado como um único pacote integrado, é
possível obter o mesmo resultado usando dispositivos separados. No entanto, os arranjos mecânicos precisam
ser cuidadosamente especificados quando circuitos separados são considerados. Isso geralmente torna um
acoplador óptico feito de dispositivos separados menos conveniente, embora possa haver a necessidade de
utilização de componentes separados em algumas aplicações.
O símbolo do acoplador óptico usado nos diagramas para representação de circuitos elétricos indica a função e
os elementos internos dentro do componente de maneira geral. O símbolo mostra um LED, normalmente usado
como emissor de luz, um receptor, geralmente um fototransistor ou foto-Darlington, embora outros dispositivos,
incluindo diodo de corrente alternada (DIACs) sensível à luz, entre outros, também possam ser utilizados. O tipo
de dispositivo a ser considerado é mostrado dentro do símbolo do acoplador óptico.
Para os encapsulamentos SOIC, deve-se ter a certeza de que todos os requisitos de isolamento sejam
adequadamente atendidos.
Taxa de transferência real (CTR) É uma das principais especificações
Taxa de transferência real (CTR) É uma das principais especificações. É a razão entre a corrente que flui no
dispositivo de saída dividida pela corrente no dispositivo de entrada. O CTR varia de acordo com o tipo de
dispositivo utilizado na saída do acoplador óptico. Aqueles que utilizam foto-Darlingtons serão muito maiores do
que aqueles que utilizam fototransistores comuns, tendo em vista que as correntes de saída tendem a ser
superiores. Deve-se notar que o CTR costuma variar com o nível de corrente de entrada. Embora varie de acordo
com o dispositivo, para acopladores ópticos manuais, o pico para níveis de corrente de entrada gira em torno de
10mA.
3. Funcionamento
A sequência funcional deve ser lida do estímulo ou entrada até a resposta do sistema. Em cada etapa, o
engenheiro observa as variáveis de estado, conversões, atrasos, perdas e condições de falha.
1. Um sinal de comando é condicionado.
2. O estágio de acionamento fornece tensão/corrente adequada.
3. A chave comuta a carga entre os estados definidos.
4. Proteções limitam corrente, tensão e temperatura.
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4. Equações e relações matemáticas
Pcond ≈ VON·I
Variáveis e unidades: VON em V; I em A.
Significado físico: Perda aproximada em condução.
Psw ≈ 0,5·V·I·(tr+tf)·fs
Variáveis e unidades: tr/tf em s; fs em Hz.
Significado físico: Estimativa de perdas de comutação.
D = ton/T
Variáveis e unidades: 0 ≤ D ≤ 1.
Significado físico: Razão cíclica do comando PWM.
Condições de validade
• Unidades coerentes no SI.
• Hipóteses e condições de contorno explicitadas.
• Resultados validados contra limites do equipamento e do processo.
5. Componentes, elementos ou equipamentos
Elemento/equipamen
to
Função Princípio Características e limitações
Transistor/chave Comutar a carga. Corte e condução. Tensão, corrente, SOA e
temperatura.
Driver Adaptar comando. Fornece carga/corrente de
gate ou base.
Atraso e imunidade a ruído.
Proteção Limitar surtos e falhas. Diodo, snubber e
supervisão.
Dimensionamento depende da
energia do surto.
A tabela resume a função principal. A seleção final deve considerar tensão, corrente, frequência, ambiente, tolerância,
proteção, manutenção e vida útil conforme a natureza do elemento.
6. Aplicação prática
Problema acionar uma carga sem dissipar potência elevada no elemento de controle.
Solução usar chave semicondutora comandada e proteção adequada.
Funcionamento Um sinal de comando é condicionado. O estágio de acionamento fornece
tensão/corrente adequada. A chave comuta a carga entre os estados
definidos.
Resultado esperado Resultado tecnicamente verificável, dentrodos limites de desempenho,
segurança e operação.
7. Exemplo de engenharia
Aplicação orientada de engenharia
Problema: Uma bobina de relé comandada por transistor exige diodo de roda livre. Sem ele, a energia
indutiva gera sobretensão capaz de danificar a chave.
Resolução passo a passo
1. Definir requisitos e condições de contorno.
2. Selecionar modelo e dados confiáveis.
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3. Calcular ou simular o comportamento.
4. Comparar com limites e validar em ensaio.
Resultado: Solução tecnicamente justificada e verificável.
Interpretação de engenharia: O resultado deve ser aceito somente dentro das hipóteses declaradas.
8. Pontos críticos e cuidados
• Não operar continuamente na região linear sem cálculo térmico.
• Verificar corrente de partida e cargas indutivas.
• Garantir acionamento suficiente da base/gate.
• Dimensionar dissipador pela cadeia térmica.
• Controlar dv/dt, di/dt e EMI.
Erros e modos de falha recorrentes
Erro/modo de falha Consequência Prevenção ou verificação
Shoot-through Curto do barramento CC Aplicar dead time e intertravamento
Saturação do indutor Sobrecorrente e perda de controle Dimensionar pelo pico e temperatura
Layout de comutação extenso Surtos e EMI Minimizar laços e usar desacoplamento
9. Relação com outros assuntos
• PWM e conversores.
• Acionamentos e automação.
• Eletrônica digital e interfaces de potência.
A relação entre disciplinas é importante porque o comportamento elétrico, a instrumentação, o controle, a
comunicação e a proteção formam um único sistema na aplicação real.
10. Complementos técnicos
Complemento técnico: as perdas totais combinam condução, comutação e consumo do driver; elevar a
frequência reduz componentes passivos, mas normalmente aumenta perdas e EMI.
Complemento: a seleção profissional exige curvas de datasheet, área segura de operação, energia de
comutação, impedância térmica transitória, layout, proteção contra surtos e ensaios de EMI.
Normas e referências normativas relacionadas
• IEC 60146 - conversores semicondutores. Consultar a edição vigente e o escopo aplicável.
• IEC 61800 - sistemas de acionamento elétrico de velocidade variável. Consultar a edição vigente e o escopo
aplicável.
• IEC 61000 - limites e ensaios de compatibilidade eletromagnética. Consultar a edição vigente e o escopo
aplicável.
11. O que realmente precisa ser memorizado
• Corte = chave aberta.
• Condução plena = baixa queda.
• Pcond ≈ VON·I.
• Carga indutiva exige caminho para a corrente.
• Verificar SOA e temperatura de junção.
• Pcond ≈ VON·I - Perda aproximada em condução.
• Psw ≈ 0,5·V·I·(tr+tf)·fs - Estimativa de perdas de comutação.
• D = ton/T - Razão cíclica do comando PWM.
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12. Resumo final do módulo
• O assunto central é Circuitos integrados no chaveamento de circuitos elétricos.
• Circuito integrado de chaveamento: Conjunto de transistores e funções de comando em um
encapsulamento.
• Região de corte: Estado de corrente praticamente nula.
• Saturação/acionamento pleno: Estado de baixa queda de tensão na chave.
• Corte = chave aberta.
• Condução plena = baixa queda.
• Pcond ≈ VON·I.
• Carga indutiva exige caminho para a corrente.
• Verificar SOA e temperatura de junção.
Checklist de domínio
□ Consigo explicar, sem consultar o texto, o que é circuitos integrados no chaveamento de circuitos elétricos
e por que esse assunto é usado?
□ Consigo diferenciar Circuito integrado de chaveamento de Região de corte e dar uma aplicação de cada
um?
□ Consigo identificar as unidades, hipóteses e significado físico das equações principais?
□ Consigo refazer o exemplo numérico e interpretar o sinal, a ordem de grandeza e o limite do resultado?
□ Consigo reconhecer os três principais erros de projeto ou operação discutidos no módulo?
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Referências e orientação de uso
Fonte principal: PDF do tema fornecido pela Universidade Estácio de Sá. O texto foi reorganizado e
complementado tecnicamente para estudo; chamadas interativas, alternativas de exercícios e repetições
foram excluídas.
Para projeto e operação reais, consultar as edições vigentes das normas, requisitos da
concessionária/empresa, estudos do sistema e documentação dos fabricantes. A apostila não substitui
procedimento de segurança, estudo executivo ou responsabilidade técnica.
Referências apresentadas no material-fonte
• BANSAL, M. et al. Phototransistor: the story so far. Journal of Electronics, v. 2, n. 4, p. 202-210, 2020.
• BOYLESTAD, R. L.; NASHELSKY, L. Dispositivos eletrônicos. [s.l.]: Prentice Hall, 2013.
• HODGES, D. A. Darlington's contributions to transistor circuit design. IEEE Transactions on Circuits and
Systems I: Fundamental Theory and Applications, v. 46, n. 1, p. 102-104, 1999.
• POMILIO, J. A. Fontes chaveadas. Publicaçao FEEC, v. 13, p. 95, 2008.
• SEDRA, A. S.; SMITH, K. C. Microeletrônica. [s.l.]: Pearson Prentice Hall, 2007.
• TOCCI, R. J.; WIDMER, N. S. Sistemas digitais. 8. ed. [s.l.]: [s.n.], 2003.
• TEIXEIRA, H. T.; TAVARES, M. F.; PEREIRA, R. V. M. Sistemas digitais. [s.l.]: [s.n.], 2017.