Dispositivos de Potência em Eletrônica

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Professor: Luciano de Macedo Barros
São Cristovão  SE
Disciplina: Eletrônica de Potência
Aula 5
Universidade Federal de Sergipe  UFS
Departamento de Engenharia Elétrica - DEL
Sumário da Apresentação
1. Introdução;
2. Dispositivos Utilizados em ELEPOT
3. Transistores
4. TBJs
5. MOSFETs
6. IGBTs
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Introdução
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Figura 1- Resumo da capacidade dos dispositivos semicondutores de potência.
Introdução
 Transistor Bipolares de Junção (TBJ): aspectos
importantes na eletrônica de potência.
 Transistor de Efeito de Campo (FET), em especial o
transistor de efeito de campo de metal-óxido (MOSFET).
 Transistor bipolar de porta isolada (IGBT).
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Transistor Bipolar de Junção
 Tem dois tipos básicos de aplicação: amplificação e
chaveamento.
 São utilizados, geralmente, em circuitos eletrônicos de
baixo custo. Circuitos de controle e comando, proteção.
 Em ELEPOT são utilizados como chaves.
 Opera em baixas frequências.
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Transistor Bipolar de Junção
 Podem ser divididos em dois tipos npn ou pnp.
(a) (b)
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Figura 2- (a)Transistor npn. (b)Transistor pnp.
Transistor Bipolar de Junção
 As principais relações básicas no transistor:
 Tensão base-emissor (VBE);
 Tensão coletor-emissor (VCE);
 Corrente de emissor (IE);
 Corrente de coletor (IC);
 Ganho (β).
 Algumas considerações importantes:
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Transistor Bipolar de Junção
 Regiões de polarização:
 Região de corte – o transistor não estará conduzindo;
 Região ativa - o transistor estará operando na região de amplificação
linear;
 Região de saturação – o transistor estará conduzindo em sua
capacidade plena.
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Figura 3- Regiões de polarização de um transistor bipolar.
Polarização de um transistor
 Transistor atuando como chave: A corrente de base será
fornecida pelo circuito de controle, que está conectado
entre a base e o emissor.
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Figura 4 - Circuito de polarização .
Polarização de um transistor
 Se o transistor estiver operando na região de saturação:
DOCX
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Figura 5 -Transistor operando em saturação.
Polarização de um transistor
 Se o transistor estiver operando na região de saturação:
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Figura 6 – Reta de carga para polarização.
Acionamento de um transistor
 Um transistor bipolar de junção entra em condução quando
for aplicada corrente na base do mesmo e se vencida a
queda de tensão direta entre base e emissor
VBE = 0,7 V
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Figura 7 – Circuito para acionamento de um BJT.
Comutação de um transistor
 A comutação do transistor bipolar de junção ocorre toda
vez que o mesmo for comandado a conduzir ou a bloquear.
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Figura 8 – Circuito para estudo da comutação do BJT.
Comutação de um transistor
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Figura 9 – Formas de onda da comutação do BJT com carga resistiva.
Perdas em transistores
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 Há quatro fontes de perda de potência em um transistor:
 Perdas na condução
 Perdas no bloqueio
 Perdas de passagem para o estado de condução (chaveamento)
 Perdas de passagem para o estado de bloqueio (chaveamento)
 As perdas por chaveamento dependem da frequência, sendo
diretamente proporcionais a ela.
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Perdas em transistores
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Figura 10 – Perdas.
Transistor de Efeito de Campo de 
Metal-Óxido (MOSFET)
 São utilizados pela sua velocidade de chaveamento e
facilidade de acionamento.
 Assim como existem transistores bipolares de junção NPN
e PNP, existem transistores de efeito de campo de canal N e
de canal P.
 Os terminais são:
 Gatilho (gate) – terminal de controle.
 Dreno – terminal que drena a cor-
rente (no sentido real) fornecida pela
fonte (source). No sentido convencional
de circulação de corrente é o terminal por
onde entra a corrente;
 Fonte (source) –por onde sai a corrente no sentido convencional.
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Figura 11 – Símbolo de um MOSFET
de potência canal N.
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Transistor de Efeito de Campo de 
Metal-Óxido (MOSFET)
 A curva típica de um MOSFET canal N é observada na Figura
12, onde notam-se três regiões de operação:
 Região de corte – é a região com VGS menor que VTH, fazendo com que a
corrente de dreno (ID) seja praticamente nula;
 Região de tríodo – quando VGS > VTH e VDS ≤ VGS - VTH. O transistor é
ligado, e o canal que é criado permite o fluxo de corrente entre o dreno e
fonte.
 Região de saturação – quando VGS > VTH e VDS >VGS - VTH. Região de
perdas (amplificador).
Obs. Procurar no datasheet o VGS(ON) que libera para funcionar na Região de 
tríodo. 
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Transistor de Efeito de Campo de 
Metal-Óxido (MOSFET)
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Figura 12 – Curva característica de um MOSFET.
Comutação do MOSFET
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 A tensão do estágio de potência é VDD (carga RL). Já no
circuito de acionamento se tem dois resistores, um em série
com o gerador de sinais e outro do gatilho para o terminal
fonte (source) para garantir o bloqueio do MOSFET.
Figura 13 – Circuito para estudo da comutação do MOSFET.
Comutação do MOSFET
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Figura 14 – Formas de onda da comutação do MOSFET.
Perdas no MOSFET
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 Há quatro fontes de perda de potência em um MOSFET
 Perdas na condução
 Perdas no bloqueio
 Perdas de passagem para o estado de condução (chaveamento)
 Perdas de passagem para o estado de bloqueio (chaveamento)
 As perdas por chaveamento dependem da frequência, sendo
diretamente proporcionais a ela.
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Transistor Bipolar de Porta Isolada 
(IGBT)
 Possui as características dos MOSFETs e dos TBJs.
 É controlado pela tensão aplicada no gatilho (de modo
similar ao MOSFET).
 A corrente do coletor dependerá desta tensão no gatilho e
não da corrente de base (como no TBJ). DOCX23
Figura 15 – Símbolo de um IGBT.
Transistor Bipolar de Porta Isolada 
(IGBT)
 Curva característica
 Quando não houver tensão aplicada na porta: IGBT desligado (IC =
0). Tensão na chave igual a tensão da fonte.
 Se VG>VGE(TH) for aplicada na porta, o dispositivo passará para o
estado ligado, permitindo a passagem de corrente Ic. Tensão sobre a
chave é igual a zero.
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Figura 16 – Curva característica de um IGBT.
Perdas no IGBT
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Comparativo
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Tabela 1 – Resumo das características dos transistores de potência.