Eletrônica de Potência: Chaves Semicondutoras e Perdas

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Professor: Luciano de Macedo Barros
São Cristovão  SE
Disciplina: Eletrônica de Potência
Aula 3
Universidade Federal de Sergipe  UFS
Departamento de Engenharia Elétrica - DEL
Sumário da Apresentação
1. Introdução;
2. Tipos de Chaves Semicondutoras de Potência
3. Perdas de Potência em Chaves Não Ideias
4. Perda Por Condução
5. Perda Por Chaveamento
6. Tipos de Circuitos de Eletrônica de Potência
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Introdução
 A importância de se calcular as perdas;
 Eficiência;
 Perdas de Condução e Chaveamento.
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Introdução
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Figura 1. (a) Braço de um conversor de dois-níveis. (b) Braço de um conversor de três-níveis.
(a) (b)
Tipos de Chaves Semicondutoras de 
Potência
 A importância das chaves semicondutoras;
 Os principais tipos de dispositivos semicondutores
usados como chaves:
 Diodos
 Transistores Bipolares de Junção (TBJ)
 Transistores de Efeito de Campo Metal-Óxido-Semicondutor
(MOSFET)
 Transistor Bipolar de Porta Isolada (IGBT)
 Tiristor
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Tipos de Chaves Semicondutoras de 
Potência
 Disparo e desligamento não-controlados
 Diodos
 Característica de disparo e desligamento controlado
 TBJ, MOSFET, GTO e IGBT
 Disparo controlado e desligamento não-controlado
 SCR
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Tipos de Chaves Semicondutoras de 
Potência
 Em ELEPOT, esses dispositivos são operados no modo de
chaveamento.
 Podem ser acionadas em alta frequência, a fim de converter e
controlar a energia elétrica com alta eficiência.
 O que seria uma “perda pequena”?
 Tensão é quase igual a zero quando a chave está conduzindo
 Corrente quase nula quando a chave está bloqueada
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Tipos de Chaves Semicondutoras de 
Potência
 Chave ideal
 Liga e desliga instantaneamente
 Quando está conduzindo, a queda de tensão é zero, e suporta altas
correntes
 Quando está bloqueada, a corrente é zero, e suporta altas tensões
 Não dissipa potência
 Altamente confiável
 Pequena e leve
 Baixo custo
 Sem manutenção
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Perdas de Potência em Chaves Ideias
 Perda de potência é o produto da corrente através da chave pela
tensão sobre ela.
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Figura 1- Perdas de potência.
Perdas de Potência em Chaves Ideias
Casos Ideais
 Chave bloqueada (aberta)
 A corrente será zero (embora exista uma tensão sobre ela), não havendo
dissipação de potência.
 Chave conduzindo (fechada)
 Passará uma corrente por ela (VS/RL), mas não haverá queda de tensão,
não ocorrendo dissipação de potência.
 O tempo de subida e descida é zero
 A chave passará de um estado para o outro instantaneamente
 A perda por chaveamento seria zero
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Perdas de Potência em Chaves Não 
Ideias
Casos Reais
 Existem perdas por condução e chaveamento
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Perdas de Potência em Chaves Não 
Ideias
Perda na Condução
 Transistor desligado: terá uma corrente de fuga (ILEAK).
𝑃𝑂𝐹𝐹= VS × 𝐼𝐿𝐸𝐴𝐾
 Entretanto, a corrente de fuga é muito pequena, e costuma ser
desprezada.
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Figura 2- Perdas de potência.
Perdas de Potência em Chaves Não 
Ideias
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Perda por Condução
 Transistor ligado: pequena queda de tensão sobre ele. Essa
tensão é chamada de tensão de saturação (VCE(SAT)).
DOCX
Perdas de Potência em Chaves Não 
Ideias
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Perda por Chaveamento
 A chave não muda de estado (liga/desliga) de modo
instantâneo.
 Existe um tempo para ligar (tSW(ON)) e desligar (tSW(OFF)).
 Esses tempos introduzem dissipação de potência e limitam a
frequência de chaveamento.
 Para chaves não ideais, esses tempos podem ser diferentes.
Perdas de Potência em Chaves Não 
Ideias
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Figura 3- Formas de onda durante o chaveamento. (a) tensão na chave. (b) corrente passando na
chave. (c) potência dissipada na chave