EletPot Dispositivos Semicondutores

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DEE 
Disciplina: Eletrônica de Potência (ENGC48) 
 
Tema: Dispositivos para Eletrônica de Potência 
 
Prof.: Eduardo Simas 
eduardo.simas@ufba.br 
Aula 8 
Universidade Federal da Bahia 
Escola Politécnica 
Departamento de Engenharia Elétrica 
 
DEE 
2/80 
Sumário 
 Principais dispositivos para Eletrônica de Potência 
 Diodos 
 Transistores 
 Tiristores 
 Aplicações 
 
DEE 
3/80 
1. Dispositivos Semicondutores 
 
DEE 
4/80 
Principais Dispositivos Semicondutores 
 Diodo de Potência: 
 Transistor Bipolar 
de Potência: 
 
 MOSFET de Potência: 
 
 IGBT: (Insulated Gate 
Bipolar Transistor) 
 Tiristor (SCR): 
 
 TRIAC: 
 
 GTO (Gate Turn 
Off Thyristor): 
 MCT (MOS controlled 
Thyristor) 
 
DEE Tratamento Térmico e Termoquímico dos Aços 5/80 
Principais Dispositivos Semicondutores 
 Os dispositivos são 
escolhidos considerando a 
potência máxima e a 
frequência de chaveamento 
necessárias para a 
aplicação 
 
DEE 
6/80 
2.Diodos de Potência 
 
DEE 7/80 
Diodos de Potência 
 Os diodos de potência são provavelmente o dispositivo semicondutor mais 
simples utilizado em aplicações da Eletrônica de Potência. 
 
Simbologia Curva Característica Encapsulamentos 
A -> Anodo 
K -> Catodo 
Quando: 
VA > VK (VAK > 0) -> polarização direta -> condução 
VA < VK (VAK < 0) -> polarização reversa -> bloqueio 
 
DEE 8/80 
Diodos de Potência 
 Estrutura interna básica de um diodo semicondutor (junção P-N): 
Região de 
depleção 
 
DEE 9/80 
Diodos de Potência 
Estrutura interna: 
- O lado N é dividido em dois, com 
diferente intensidade da dopagem. 
- A região N- tem menor intensidade de 
impurezas dopantes e permite ao 
componente suportar tensões mais 
elevadas pois diminui o campo elétrico 
na região de transição. 
- As regiões externas são fortemente 
dopadas gerando contatos com 
características ohmicas (e não 
semicondutoras). 
 
DEE 10/80 
Diodos de Potência 
Características estáticas: 
Vo -> Tensão de condução 
IR -> Corrente reversa 
VRR -> Tensão de ruptura reversa 
r -> Resistência interna para pol. direta 
r=
∂V
∂ I
 
DEE 11/80 
Diodos de Potência 
Características dinâmicas: 
 Diodos de potência 
apresentam um tempo 
finito (não-nulo) para passar 
do estado desligado (pol. 
reversa) para o estado 
ligado (polarização direta) e 
vice-versa. 
 Sobre-tensão durante o 
ligamento (VFP)! 
 Pico de corrente reversa no 
desligamento (Irr) ! 
IF -> Corrente de pol. direta 
VON -> Tensão de condução 
VR-> Tensão de pol. reversa 
Qrr -> Carga acumulada 
 
DEE 12/80 
Diodos de Potência 
Características dinâmicas – Transitório p/ condução: 
 Portadores são injetados na região de depleção diminuindo 
a barreira de potencial. 
 O excesso de portadores produz aumento na corrente (t1). 
 O pico de tensão direta (VFP) é produzido devido a 
características internas ao diodo como: 
 capacitância produzida na região de depleção quando 
polarizada reversamente; 
 resistência equivalente da região N-; 
 indutância da pastilha de silício 
 VFP pode chegar a algumas dezenas de volts 
 
DEE 13/80 
Diodos de Potência 
Carac. dinâmicas – Transitório p/ bloqueio: 
 Durante t3 o excesso de portadores na junção é 
gradualmente reduzido. 
 O intervalo trr = t4 + t5 é chamado tempo de recuperação 
reversa. 
I rr=
diR
dt
t4=
diR
dt
t rr
S+ 1
sendo: 
S=
t 5
t 4
Qrr≈
1
2
I rr t rr
Do gráfico temos: 
então: 
Qrr=
diR
dt
t rr
2
2 (S+ 1 )
dtdi
)+(S
=t
R
rr
rr
/
12Q
Substituindo chega-se a: 
1
/2Q
+S
dtdi
=I Rrrrr
 
DEE 14/80 
Diodos de Potência 
 Transitório para bloqueio com diferentes fatores de atenuação: 
Recuperação suave Recuperação abrupta 
Observação: ta=t4 e tb=t5 
 
DEE 
Perdas em Diodos de Potência 
 Perdas: 
 Perdas no estado ligado: 
 
 Perdas no estado desligado: 
 
 Perdas no chaveamento: 
 
 Total: 
PLigado= V F IF
tON
T
P
Comutação
=
V
F (max)× I F (max )× tComutação
6
× f
S
Perdas= PLigado+ PDesligado+ PComutação
PDesligado= V R IR
tOFF
T
Sendo: 
VF = tensão direta 
IF = corrente direta 
VR = tensão reversa 
IR = corrente de fuga 
fs = frequência de chaveamento 
15/80 
 
DEE 16/80 
Diodos de Potência 
 Exemplo: 
 Considerando que o fabricante de um diodo informou os valores a seguir: 
 Taxa de queda da corrente = 20 A/μs 
 Tempo de recuperação reversa = 5 μs 
 Encontre a corrente de pico reversa sabendo que t4 >> t5 (recuperação 
abrupta). 
 
DEE 17/80 
Diodos de Potência 
 Exemplo: 
 Considerando que o fabricante de um diodo informou os valores a seguir: 
 Taxa de queda da corrente = 20 A/μs 
 Tempo de recuperação reversa = 5 μs 
 Encontre a corrente de pico reversa sabendo que t4 >> t5 (recuperação 
abrupta). 
 Resolução: 
Como t4 >> t5 , então S → 0, assim: μC=)(μsA=t
dt
di
=Q rrRrr 505μμ/202/1
2
2
2

A=μC
μs
A
=dtdi=I Rrrrr 72,4450220/2Q 
 
DEE 18/80 
Diodos Schottky 
 O diodo Schottky é formado 
pela junção de um filme 
fino de metal com um 
semicondutor (que 
normalmente é do tipo n). 
 
DEE 19/80 
Diodos Schottky 
 As características de retificação i-v são semelhantes às de um diodo de 
potência formado por uma junção p-n. 
 
 Entretanto apresenta características particulares se comparado a um 
diodo de junção p-n como: 
 Tensão de condução mais baixa (0,3 a 0,4 V) 
 Maior corrente de fuga reversa 
 Tensão de bloqueio entre 100 e 200 V 
 Maior velocidade na mudança de estados 
 Menor pico de tensão durante o ligamento 
 
DEE 20/80 
Diodos de Potência 
 Circuitos “snubber” para diodos de potência: 
 No processo de recuperação reversa podem 
aparecer picos de tensão em diodos de potência. 
 Estes picos podem danificar o dispositivo. 
 Os circuitos amaciadores (snubbers) são utilizados 
para proteção dos diodos de potência. 
 Capacitor -> estabiliza a tensão: 
 
 Resistor -> dissipa energia 
 
 
DEE 
21/80 
3. Transistores Bipolares de Potência 
 
DEE 22/80 
TBJ de Potência 
 Os TBJs de potência têm sido tradicionalmente utilizados em diversas 
aplicações onde é necessário o chaveamento de potência em altas e baixas 
frequencias. 
 Recentemente, com o avanço da tecnologia de fabricação de semicondutores, 
os transistores de efeito de campo metal-óxido (MOSFET) e os transistores 
bipolares de porta isolada (IGBT) vêm gradualmente substituindo os TBJ em 
algumas aplicações. 
 
DEE 23/80 
TBJ de Potência 
 Estrutura orientada na 
vertical maximiza a área da 
seção transversal. 
 As resistências elétrica e 
térmica são minimizadas. 
 Os níveis de dopagem e as 
larguras das camadas 
influenciam nas 
características do dispositivo. 
 
Estrutura interna 
Simbologia 
 
DEE 24/80 
TBJ de Potência 
 O coletor tem dois níveis de dopagem distintos (de modo semelhante ao diodo de 
potência). 
 A largura das camadas do coletor determina o nível de tensão de ruptura do 
dispositivo. 
 Pode ser dos tipos NPN ou PNP: 
 
 
DEE 25/80 
TBJ de Potência 
 Princípio de operação (tipo NPN): 
 Há uma junção PN entre a base e o emissor e outra entre a 
base e o coletor. 
 Quando a junção B-E está diretamente polarizada (VBE > 0), um fluxo de portadores 
de carga (elétrons e lacunas) é estabelecidoentre a base e o emissor. 
 Como a região da base é fina, os portadores acabam sendo atraídos para a junção 
coletor emissor que está inversamente polarizada (VBC > 0) e enfraquecendo a 
região de depleção. 
 Desse modo é estabelecido um fluxo de portadores entre o coletor e o emissor. 
 
DEE 26/80 
TBJ de Potência 
 Princípio de operação: 
 A corrente de emissor é dada por: 
 
 A corrente de coletor é uma fração da corrente de emissor: 
 Como iE = iC+iB : 
sendo: VT=KT/q e η é o coeficiente de emissão 
 
DEE 27/80 
TBJ de Potência 
 Curvas de operação 
(emissor-comum): 
Em aplicações de chaveamento o TBJ opera entre as regiões 
de corte (corrente IC nula para qualquer valor de VCE) e de 
saturação (alta corrente IC para baixos valores de VCE). 
 
DEE 28/80 
TBJ de Potência 
 Curvas de operação : 
TBJ de potência vertical 
 A região de quase-saturação 
só existe nos diodos de 
potência devido à região de 
baixa dopagem no coletor. 
BVSUS: tensão de ruptura com IC > 0 
BVCEO: tensão de ruptura com IB = 0 
BVCBO: tensão de ruptura com IB < 0 
 
DEE 29/80 
TBJ de Potência 
ConexãoDarlington: 
 
  Devido à suas características construtivas os TBJ de 
potência em geral apresentam baixo ganho de corrente 
(5 a 10 vezes). 
 
 Quanto um maior ganho é necessário pode-se utilizar 
um par Darlington: 
 
  = 1x 2 + 1 + 2 
 
DEE 30/80 
TBJ de Potência 
 Região de Operação Segura (Safety Operation Area – SOA) 
Indica os valores de tensão e corrente que podem ser aplicados ao dispositivo: 
Polarização 
direta 
Polarização 
reversa 
 
DEE 31/80 
TBJ de Potência 
 Características 
dinâmicas: Carga 
Resistiva 
 
Sendo: 
ton = td + tn : tempo de ativação 
toff = ts + tf : tempo de desativação 
td : tempo de atraso devido ao 
efeito capacitivo da junção B-E 
tn : tempo de subida de Ic 
tS : tempo necessário p/ neutralizar 
os portadores da junção C-B 
tf : tempo de descida de Ic 
 
DEE 32/80 
TBJ de Potência 
 Características dinâmicas: Carga Indutiva 
 Com cargas indutivas a corrente apresenta um 
atraso em relação à tensão aplicada na base. 
 É produzida uma corrente de base negativa 
durante o desligamento do dispositivo. 
 
DEE 33/80 
TBJ de Potência 
 Perdas: 
 As perdas podem acontecer no 
chaveamento, durante a 
condução e no estado desligado 
 Quando a frequencia de chaveamento é baixa as perdas na condução são mais 
significativas: 
 
 As perdas no chaveamento aumentam com 
a frequencia de comutação: 
VCC : tensão de polarização do coletor 
IC(max) : máxima corrente IC 
: duração do transitório de 
chaveamento (=ton ou =toff) 
fS : freq. de chaveamento 
SCCE(SAT) ftIVP  LigadoLigado
S
C(MAX)CC
fτ
IV
P 


6
comutação
SC(Fuga)CC ftIVP  DesligadoDesligado
 
DEE 34/80 
TBJ de Potência 
 
DEE 35/80 
TBJ de Potência 
 Circuitos de acionamento da base: 
Exemplo 
1 
Um pulso positivo em 1 leva T1 à condução, 
carregando o capacitor com a tensão do diodo zener 
e produzindo uma corrente positiva na base do TP . 
 
Um pulso negativo em 1 leva T2 à condução (e T1 ao 
corte ), criando um caminho para a descarga do 
capacitor, que gera um pulso de corrente negativa na 
base do TP, acelerando seu desligamento 
 
DEE 36/80 
TBJ de Potência 
Exemplo: Considerando que no circuito a seguir VCC=200V, RC=20Ω e 
VCE(sat)=0,9V, encontre as perdas no TBJ para: 
a)fs=120Hz, ton=1μs e toff=1,5μs 
b)fs=5kHz, ton=1μs e toff=1,5μs 
Considere a corrente de fuga no estado bloqueado 
aproximadamente igual a zero e um ciclo de trabalho d=0,8. 
 
 
DEE 37/80 
TBJ de Potência 
Exemplo: Considerando que no circuito a seguir VCC=200 V, RC=20 Ω e 
VCE(sat)=0,9V, encontre as perdas no TBJ para: 
Resolução: 
a)fs=120Hz, ton=1μs e toff=1,5μs 
1/fs = Ts = TLigado + TDesligado + Tcomut sendo Ts o período entre os 
chaveamentos assim: Ts= 8,3333 ms → d = TLigado /(Ts - Tcomut) 
 TLigado = (8,3333 – 0,0025) x 0,8 = 6,6646 ms 
Perdas = PLigado + Pcomut : 
SCCE(SAT) ftIVP  LigadoLigado S
C(MAX)CC
fτ
IV
P 


6
comutação
 
DEE 38/80 
TBJ de Potência 
Exemplo: 
>> Perdas no estado ligado: 
 
 
 
 
>> Perdas na comutação: 
 
SCCE(SAT) ftIVP  LigadoLigado
S
C(MAX)CC
fτ
IV
P 


6
comutação
A==
R
VV
=I
C
CE(SAT)CC
C 9,955
20
0,9200
então: 
WP 7,17120106,66469,9550,9 3Ligado 

A==
R
V
=I
C
CC
)C( 10
20
200
MAX
então: 
sendo: 
W=P 0,1120102,5
6
10200 6
comutação 

 
como: 
 
DEE 39/80 
TBJ de Potência 
Exemplo: Total de perdas: 
 
>> Repetindo o problema para o item b) fs=5kHz, ton=1μs e toff=1,5μs chega-se a: 
Ts= 20 μs → TLigado =(20– 2,5) x 0,8 = 14 µs 
 
 
 
 
 
 
 
Perdas= PLigado+ PComutação= 7,17+ 0,10= 7,27W
WP 0,627500010149,9550,9 6Ligado  

W=P 4,1675000102,5
6
10200 6
comutação 

 
W=+=P+P= 4,7944,1670,627Perdas ComutaçãoLigado
 
DEE 40/80 
TBJ de Potência 
 Aplicações: 
 Acionamento de um 
motor de corrente 
contínua: 
 
DEE 
41/80 
4. Transistores de Efeito de Campo de 
Potência 
 
DEE 42/80 
MOSFET de Potência 
 Com os avanços na tecnologia de fabricação de semicondutores, MOSFETs com 
considerável capacidade de condução de corrente no estado ligado e bloqueio de 
tensão no estado desligado começaram a ser produzidos em larga escala a partir 
da década de 1980. 
 Os MOSFETs passaram a ser amplamente utilizados em substituição aos TBJs 
principalmente em aplicações onde é requerida alta frequência de chaveamento. 
 Diferente do BJT, o MOSFET pertence a uma classe de dispositivos UNIPOLARES, 
pois utilizam apenas os portadores majoritários para condução. 
 São intrinsecamente mais rápidos que os TBJs pois não apresentam excesso de 
portadores minoritários a serem removidos durante os transitórios de ligamento e 
desligamento, as únicas cargas a serem removidas são das capacitâncias internas. 
 
DEE 43/80 
MOSFET de Potência 
 Características: 
 
 
 
 
 
 
 O MOSFET de potência utiliza uma estrutura de canal 
vertical para aumentar a capacidade de potência. 
Estrutura interna de 
um MOSFET canal-n 
Simbologia 
Canal-n 
Canal-p 
O gate está isolado 
do corpo pelo SiO2. 
n+ : 1019 cm-3 (alta dopagem) 
n- : 1014 cm-3 (baixa dopagem) 
p : 1016 cm-3 (média dopagem) 
 
DEE 44/80 
MOSFET de Potência 
 Curvas de 
Operação: 
 
DEE 45/80 
MOSFET de Potência 
Funcionamento: 
 Bloqueio 
Duas junções p-n, não há passagem de corrente qualquer que seja a polarização. 
 
DEE 46/80 
MOSFET de Potência 
Funcionamento: 
 Efeito de 
campo. 
 Um capacitor 
de alta 
qualidade é 
formado. 
 
DEE 47/80 
MOSFET de Potência 
Funcionamento: 
 Condução 
A corrente de dreno é controlada a partir da tensão aplicada na porta ! 
 
DEE 48/80 
MOSFET de Potência 
 Transitórios de chaveamento: 
 Circuito utilizado para analisar os 
transitórios de chaveamento: 
 Acionamento de uma carga 
indutiva. 
 
DEE 49/80 
MOSFET de Potência 
 Transitórios de chaveamento: 
 Desligado – Ligado: 
 Não há pico de corrente nem 
atraso de resposta como no TBJ. 
 
 
 
 
 
 
 
DEE 50/80 
Perdas no MOSFET de Potência 
 Perdas: 
 Perdas no estado ligado: 
 
 Perdas no estado desligado: 
 
 Perdas no chaveamento: 
 Total: 
 Comparandocom o TBJ, o MOSFET apresenta menor perda durante o chaveamento, 
porém maior perda no estado ligado. 
PLigado= I D
2 RDS (ON )
tON
T
P
Comutação
=
V
DS (max )
× I
D
× t
Comutação
6
× f
S
Perdas= PLigado+ PDesligado+ PComutação
PDesligado= V DS ( MAX ) I DSS
tOFF
T
 
DEE 51/80 
MOSFET de Potência 
 Exemplo: Considerando que um MOSFET tem os seguintes parâmetros: RDS(ON)=0,3 Ω, ciclo 
de trabalho 50%, ID=6 A, VDS=100V, t(off-on)=100 ns e t(on-off)=200 ns e que a frequência de 
chaveamento é 40 kHZ, calcule as perdas no estado ligado e no chaveamento. 
 
DEE 52/80 
MOSFET de Potência 
 Exemplo: Considerando que um MOSFET tem os seguintes parâmetros: RDS(ON)=0,3 Ω, ciclo 
de trabalho 50%, ID=6 A, VDS=100V, t(off-on)=100 ns e t(on-off)=200 ns e que a frequência de 
chaveamento é 40 kHZ, calcule as perdas no estado ligado e no chaveamento. 
 Resposta: 
Ts = 1/fs = 25 µ s d = TLigado /(Ts - Tcomut) 
Como o ciclo de trabalho d=0,5 -> tLigado = 0,5 x (25 – 0,1 – 0,2) = 12,35 µ s 
 
 
P
ON
=
6
2
× 0,3× 12 ,35× 10
− 6
25× 10− 6
= 5,33WP
OFF
=
100× 2× 10
− 3
× 12 ,35× 10
− 6
25× 10− 6
= 0,099W
PCOMUTAÇÃO=
100× 6× 300× 10
− 9
6
× 40× 103= 1,2W
PTOTAL= 5,33+ 0 .099+ 1,2= 6,629W
 
DEE 
53/80 
5. Transistores Bipolares de Gate 
Isolado (IGBT) 
 
DEE 54/80 
IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) 
 Mescla características de baixa queda de tensão no estado ligado (do TBJ) com o 
excelentes características de chaveamento (do MOSFET). 
 Os IGBTs vem substituindo os MOSFET em aplicações de alta tensão onde as 
perdas de condução precisam ser mantidas em valores baixos. 
 Embora a velocidade de chaveamento dos IGBT seja maior que a dos TBJ, são 
inferiores à alcançada pelos MOSFET. 
 O IGBT é acionado por tensão (assim como o MOSFET) e apresenta baixa 
resistência no estado ligado (como o TBJ). 
 
 
DEE 55/80 
IGBT 
Simbologia 
Estrutura interna 
Modelo equivalente 
 
DEE 56/80 
IGBT 
 Características estáticas: 
 
DEE 57/80 
IGBT 
 Perdas: 
 Perdas no estado ligado: 
 
 Perdas no chaveamento: 
 
 Perdas no estado desligado: 
 
 Total: 
 
 
PLigado= VCE ( sat )× IC(avg )× TLigado× f S
S
C(MAX))CE(
fτ
IV
P 

 
6
max
Comutação
Perdas= PLigado+ PComutação+ PDesligado
SDesligadoC(Fuga)CC fTIVP Comutação
 
DEE 
58/80 
6. Tiristores 
 
DEE 
59/80 
Tiristores 
 Tiristor é o nome dado a uma família de 
semicondutores que apresenta uma 
estrutura com 4 camadas (pnpn); 
 Operam em regime chaveado 
(controlado pelo terminal de gate); 
 São capazes de suportar altos valores 
de tensão e corrente (entre os terminais 
de anodo e catodo). 
+ 
 
VAK 
 
- 
IA 
IG 
Simbologia Estrutura 
interna 
 
DEE 
60/80 
Tiristores 
 O tiristor mais difundido é o SCR (Retificador Controlado de Silício – Silicon 
Controlled Rectifier); 
 Outros tiristores: 
 TRIAC (tiristor triodo bidirecional); 
 DIAC 
 GTO (tiristor comutado pela porta); 
 LASCR (SCR ativado pela luz). 
 
DEE 
61/80 
Funcionamento Básico 
 Corrente majoritária: A-K; 
 Bloqueio para tensão reversa (VAK<0  J1 e J3 reversamente polarizadas e J2 
diretamente polarizada); 
 A condução para tensão direta (VAK>0  J1 e J3 diretamente polarizadas e J2 
reversamente polarizada) está condicionada à existência de uma corrente 
positiva no gate (IG>0  diminuição da barreira de J2 , permitindo a passagem 
da corrente, que se mantém mesmo na ausência de IG). 
Dispositivos Semicondutores – Eduardo Simas 
Sentido de 
condução 
 
DEE 
62/80 
Modelo Equivalente com 2 Transistores 
 VAK<0  não há condução pois as junções dos dois 
transistores estão reversamente polarizadas. 
 VAK>0  é necessário que VG>0 para iniciar a 
condução. 
 Uma vez que a corrente IA começa a circular, VG não 
é mais necessária para manter a condução 
Modelo equivalente 
com dois transistores 
 
DEE 
63/80 
Modos de Disparo de um Tiristor 
 Corrente positiva no gate: modo mais usual de disparo. A barreira J2 é 
atenuada pela corrente de gate, o que leva à condução se VAK>0. 
 Tensão: em polarização positiva, a alta taxa de variação (dV/dt) pode levar o 
tiristor à condução. Em alguns casos, a tensão direta pode iniciar (na 
ausência da corrente de gate) um processo de avalanche que leva à 
condução. 
 Temperatura: altas temperaturas levam ao aumento da corrente de fuga 
numa junção pn reversamente polarizada (J2). 
 Energia Radiante: energia radiante incidindo e penetrando no cristal pode 
elevar o número de portadores livre (elétrons e lacunas) levando à 
condução. Este é o princípio utilizado no LASCR. 
 
DEE 
64/80 
Curva Característica Tensão-Corrente 
 Vbr – Tensão de ruptura reversa; 
 Vbo – Tensão de ruptura direta; 
 IL – Corrente mínima de disparo; 
 Von – Tensão de condução. 
 
DEE 
65/80 
Parâmetros Básicos de Tiristores 
• Máxima corrente de anodo (Iamax); 
• Máxima temperatura de operação (Tjmax); 
• Resistência térmica (Rth); 
• Máxima taxa de crescimento da tensão direta Vak (dv/dt); 
• Máxima taxa de crescimento da corrente de anodo (di/dt); 
• Corrente de manutenção de condução (IH); 
• Corrente de disparo (IL); 
• Tempo de disparo (ton); 
• Tempo de desligamento (toff); 
• Corrente de recombinação reversa (Irqm). 
 
DEE 
66/80 
Associação de Tiristores 
 Embora os tiristores possam atingir altos valores de tensão e corrente 
(~ 5kV / 4kA), em alguns casos é preciso utilizar mais de um dispositivo 
para elevar a capacidade de trabalho. 
 Associação em paralelo: aumenta a capacidade de condução de corrente 
do conjunto. 
 Associação em série: aumenta o valor da tensão máxima que pode ser 
aplicada ao conjunto. 
 
DEE 
67/80 
Circuitos de Acionamento (Disparo) 
 O terminal de gate tem limites de dissipação de potência muito menores 
que os de anodo e catodo. 
 Para o acionamento podem ser utilizados circuitos de desacoplamento: 
 
 
 
 
 
 Ou circuitos micro-processados (por exemplo para acionamentos por PWM) 
 
DEE 
68/80 
Retificador Controlado de Silício (SCR) 
 É um dos tipos mais comuns de tiristor (em alguns casos os termos SCR 
e tiristor são usados como sinônimos). 
 
Encapsulamentos 
 
DEE 
69/80 
Tiristor Comutado pelo gate (GTO) 
 Estrutura de 4 camadas típica dos tiristores. 
 Funcionamento semelhante ao do SCR, porém pode ser levado ao estado de 
bloqueio (desligado) pela aplicação de uma corrente negativa na porta (gate). 
Condução Desligamento 
 
DEE 
70/80 
Tiristor Comutado pelo gate (GTO) 
 Embora criado desda a década de 1960, não era muito utilizado devido ao 
baixo desempenho. 
 Com a evolução nos processos de fabricação de dispositivos 
semicondutores : 
 Maiores valores nominais de tensão e corrente 
 Aumento na utilização do GTO . 
 Desvantagens do GTO: 
 Podem não apresentar adequado bloqueio de tensão reversa. 
 Para não haver chaveamento indesejado é conveniente manter as 
correntes de gate (positiva  condução ou negativa  bloqueio). 
 
DEE 
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Tiristor Triodo Bidirecional (TRIAC) 
 É capaz de conduzir nos dois 
sentidos; 
 O disparo é condicionado à 
aplicação de tensão no gate; 
 O pulso de chaveamento deve 
ter a mesma polaridade da 
polarização do dispositivo. 
 É limitado a frequências de 
operação mais baixas. 
Simbologia Estrutura 
interna 
 
DEE72/80 
Tiristor Triodo Bidirecional (TRIAC) 
 Característica V-I: Condução nos dois 
sentidos. 
 Modelo equivalente: dois SCRs conectados 
em anti-paralelo. 
 
Curva Característica 
 
DEE 
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Tiristor Diodo Bidirecional (DIAC) 
 O único modo de levar o DIAC ao estado ligado é 
exceder a tensão de disparo. 
 Pode ser ligado com tensões positivas ou negativas. 
 Os DIACs são utilizados em circuitos de disparo de SCRs 
ou TRIACs. 
 
 
Curva Característica 
Simbologia 
Ânodo 1 Ânodo 2 
Estrutura 
interna 
 
DEE 
74/80 
Aplicações (SCR) 
Retificadores Controlados: 
 Utilizados na conversão AC-DC com controle de potência: 
 
Retificador monofásico de 
meia onda controlado Sendo  o ângulo de disparo 
 
DEE 
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Aplicações (Transistores / GTO) 
Conversão DC-DC: 
 
 
Conversor Abaixador 
(Step-down ou Buck) 
 
DEE 
76/80 
Aplicações (Transistores / GTO) 
Inversores (conversão DC-AC): 
 
Inversor de fonte de tensão (VSI) monofásico em meia ponte 
 
DEE 
77/80 
Aplicações (SCR + Transistores / GTO) 
Controle de Motores AC: 
 
Sistema de controle de velocidade de motor de indução 
 
DEE 
78/80 
Aplicações (DIAC e TRIAC) 
Controle de Iluminação: 
 
Circuito simples para controle da iluminação (dimmer) 
 
DEE 
79/80 
Exercícios de Fixação (parte 1 de 2): 
1. Compare os diversos semicondutores de potência considerando a potência máxima e a frequência de chaveamento. 
 
2. Comente a respeito da estrutura interna de um diodo de potência e dos seus efeitos nas características dinâmicas do dispositivo. 
 
3. Considerando um circuito com um diodo de potência em série com um resistor de 100 Ω sendo alimentado por uma fonte de tensão em onda 
quadrada (± 300V) de frequência igual a 1kHz e ciclo de trabalho 50%, sabendo que o tempo de recuperação reversa é de 2 µs, a taxa de subida 
de corrente é 40 A/micro s, a taxa de queda de corrente é 30 A/µs, calcule as perdas no dispositivo considerando que VF=1,1V e IR = 0,2 mA. 
 
4. Compare o diodo Schottky com o diodo de potência de junção p-n. 
 
5. Comente a respeito da estrutura interna de um transistor bipolar de potência e dos seus efeitos nas características dinâmicas do dispositivo. 
 
6. Para o circuito da Figura 1, sabendo que VCC = 150 V, VCE (sat) = 0,9 V, VBE(sat) = 1,1 V, RC = 100 Ω e RB = 1 kΩ, sabendo que a tensão VB é uma onda 
quadrada simétrica, encontre o valor máximo necessário para produzir a configuração de polarização em saturação (conforme especificado). 
 
7. Para o transistor da questão 06, encontre a perda no dispositivo se a frequência do sinal VB for 2 kHz e o ciclo de trabalho 60%. Considere que os 
tempos de ligamento e desligamento do dispositivo são respectivamente 0,5 µs e 0,9 µs e que a corrente de fuga é aproximadamente 0,1 mA. 
 
8. Comente a respeito da estrutura interna de um MOSFET de potência e dos seus efeitos nas características dinâmicas do dispositivo. 
 
9. Considerando que um MOSFET tem os seguintes parâmetros: RDS(ON)=0,4 Ω, ciclo de trabalho 80%, ID=7 A, VDS=170V, t(off-on)=130 ns e t(on-off)=150 
ns e que a frequência de chaveamento é 30 kHZ, calcule as perdas no estado ligado e no chaveamento. 
 
10. Repita a questão 09 para uma frequência de chaveamento igual a 300 Hz e compare os resultados obtidos. 
 
11. Comente a respeito da estrutura interna de um IGBT e dos seus efeitos nas características dinâmicas do dispositivo. 
 
12. No circuito da Figura 2, Vs = 220 V, RL = 10 Ω, fs = 1 kHz e d= 0,6. Considerando as características do IGBT: tON = 2,5 µs, tOFF = 1 µs e VCE (sat) = 2 V, 
determine: 
 a. A corrente média na carga. 
 b. As perdas no dispositivo. 
 
Figura 1 
Figura 2 
 
DEE 
80/80 
Leitura indicada: 
 Rashid, Muhammad H. Power Electronics Handbook, Devices, Circuits and Applications, Segunda Edição, Elsevier, 2007. 
 Mohan, Undeland and Robins, Power Electronics, Converters, Applications and Design, Wiley 
 Pomilio, José Antenor. Eletrônica de Potência , Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação, UNICAMP, 1998, 
Revisado em 2002. 
 A. Ahmed. Eletrônica de Potência. Prentice Hall, 2006. 
 
Exercícios de Fixação (parte 2 de 2): 
13. Compare os transistores TBJ de potência, MOSFET de potência e IGBT em termos das perdas , dos tempos e transitórios 
de chaveamento. 
 
14. Compare os diversos dispositivos tiristores estudados considerando a estrutura interna, o funcionamento, as curvas 
características, etc. 
 
15. Um SCR tem os seguintes valores nominais: tensão ânodo-cátodo no estado ligado ≈ 1,5 V, tensão porta-cátodo no 
estado ligado 0,6 V. Considerando o circuito da Figura 3 e que a tensão VIN = 4 V, determine a perda de potência total no 
estado ligado. 
 
16. A perda de potência durante o chaveamento num SCR pode ser estimada a partir de Pchav = (Vbloq x IDireta x tchav x fs)/6 . 
Considerando ainda o circuito da Figura 3, se uma fonte em onda quadrada (Vs) de ± 100 V e frequência 250 Hz é 
conectada ao resistor RL, estime as perdas de chaveamento sabendo que tON = 5 µs, tOFF = 25 µs e que o SCR é disparado 
uma vez a cada dois ciclos da tensão. 
 
17. Esboce a forma de onda da tensão na carga do circuito da questão 16 sabendo que o SCR é disparado com um atraso de 
0,5 ms em relação à subida da tensão de alimentação. 
 
Figura 3 
+ 
Vs 
- 
Algumas figuras utilizadas nesta apresentação foram retiradas das referências citadas acima.