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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 2 Introdução A importância de se calcular as perdas; Eficiência; Perdas de Condução e Chaveamento. 3 Introdução 4 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 5 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 6 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 7 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 8 Perdas de Potência em Chaves Ideias Perda de potência é o produto da corrente através da chave pela tensão sobre ela. 9 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 10 Perdas de Potência em Chaves Não Ideias Casos Reais Existem perdas por condução e chaveamento 11 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. 12 Figura 2- Perdas de potência. Perdas de Potência em Chaves Não Ideias 13 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 14 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 15 Figura 3- Formas de onda durante o chaveamento. (a) tensão na chave. (b) corrente passando na chave. (c) potência dissipada na chave
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