4 Eletrônica de Potência IFBA Transistores de Potência

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ELETRÔNICA DE POTÊNCIA 
- TRANSISTORES DE POTÊNCIA - 
Professor Lucas Tenório de Souza Silva 
1 – TRANSISTORES DE POTÊNCIA 
1 – TRANSISTORES DE POTÊNCIA 
 Diferente do diodo, os transistores podem ser utilizado 
como uma chave controlada, que é utilizado para 
efetuar o controle de potência de forma eficaz. 
 Principais aplicações dos transistores como chave 
eletrônica na Eletrônica de Potência: 
 Construção de choopers (DC-DC) 
 Construção inversores (DC-AC). 
 Os transistores mais utilizados para Chaveamento são: 
 Transistor Bipolar de Junção (TBJ ou BJT) 
 Transistores de Efeito de Campo Metal-Oxido-Semicondutor 
(MOSFET). 
 
 
1 – TRANSISTORES DE POTÊNCIA 
 Transistor BJT: 
 Controle por corrente de base (IB) 
 Circuitos de acionamentos são mais complexos 
 Aplicações mais caras do que as do MOSFET. 
 Menor queda de tensão e preferível para alta tensão em 
relação a do MOSFET (VCE<VDS); 
 Transistor MOSFET: 
 Controle por tensão de gate (VGS); 
 Circuito de acionamento mais simples em relação a do 
BJT. 
 Maior velocidade de chaveamento em relação a do BJT. 
 Maior Perda de Potência em Condução. 
 
1 – TRANSISTORES DE POTÊNCIA 
 Para reduzir as limitações dos BJT e MOSFET, o 
transistor bipolar de porta isolada (IGBT) surgiu. 
 Transistor IGBT: 
 Dispositivo próprio para alta tensão 
 Baixa queda de tensão (menor perda) 
 Requer circuitos de acionamento mais simples 
 Possui velocidade de chaveamento maior que o BJT. 
IGBT 
(formato TBJ) 
IGBT 
(formato MOSFET) 
IGBT 
(Circuito Equivalente) 
2 – TRANSISTORES BJT 
2 – TRANSISTORES BJT 
 Controle feito pela corrente de Base IB 
 Existem dois tipos de transistores bipolares: 
 NPN e PNP; 
 Possuem três terminais: 
 Coletor; Base e Emissor; 
 Terminologias do Transistor e principais Equações: 
 Tensão: NPN: VCE, VBE e VCB / PNP: VEC, VEB e VBC; 
 Corrente: NPN e PNP: IC, IB e IE (sentidos diferentes) 
 
 
 
VVBE 7,0
BC II  
BCE III 
EBBCEC
BECBCE
VVVPNP
VVVNPN


:
:
B
C
I
I

E
C
I
I

2 – TRANSISTORES BJT 
 As junções são polarizadas dependendo da aplicação: 
 Amplificadores (região ativa) 
 Chaves Eletrônicas (região de Corte ou região de 
Saturação); 
 Os tipos de configuração de circuitos com transistor 
podem ser: 
 Base comum (BC) 
 Emissor comum (EC) 
 Coletor comum (CC) 
 
 
 
 
2 – TRANSISTORES BJT 
 As curvas características do transistor são obtidas da 
seguinte maneira: 
 Entrada: relação de corrente e tensão de entrada para 
um valor de “tensão de saída” constante. 
 Saída: relação de corrente e tensão de saída para um 
valor de “corrente de entrada” constante. 
 
 A maioria das aplicações com transistores BJT utiliza a 
configuração emissor comum, que apresenta: 
 
 
fixoVcomVfI OUTININ  :)( fixaIcomVfI INOUTOUT  :)(
Entrada Saída 
Corrente IB IC 
Tensão VBE VCE 
Valo Fixo VCE IB 
2 – TRANSISTORES BJT 
 A curva característica de saída do transistor é dividida 
em três regiões, e esta relacionada com a aplicação do 
transistor: 
 Região Ativa (Amplificação) 
 Região de Saturação 
 Região de Corte 
 
 
Saturação 
Corte 
Ativa 
Fixa VCE 
Fixa IB 
2 – TRANSISTORES BJT 
 2.1 – Principais Parâmetros do Transistor 
 Os principais parâmetros encontrados nos datasheets dos 
transistores são: 
 Máxima corrente de coletor: IC 
 Máxima tensão coletor-emissor: VCEO(tensão VCE com Base 
aberta) 
 Potência do transistor: PD 
 Faixa de Betta do transistor: HFE – CC; Hfe – AC 
 Tensão coletor-emissor de saturação: VCE(sat) 
 Faixa de Tensão base-emissor (Ativo ou Saturado): VBE(on) 
 Frequência de Chaveamento: fT. 
 Valor máximo de temperatura de junção: Tjmax 
 
 
 
CECD VIP 
2 – TRANSISTORES BJT 
 2.2 – Transistor BJT como Chave 
 O transistor funciona como chave transitando entre as 
regiões de corte e saturação. 
 Região de Saturação: 
 Corrente de base é alta suficiente para polarizar diretamente as 
junções 
 A corrente Ic(sat) será elevada, limitada pelo circuito; 
 Tensão Vce(sat) será baixa, entre 1V e 2V. 
 Região de Corte: 
 Corrente de base é praticamente zero, suficiente para polarizar 
reversamente as duas junções; 
 A corrente Ic(corte) é praticamente zero (fuga). 
 Tensão Vce será igual a tensão da fonte. 
 
 
 
2 – TRANSISTORES BJT 
 O circuito transistorizado possui configuração EC 
polarizado com Duas Fontes. 
 A polarização (dimensionamento) do circuito é feita 
considerando que o transistor na região de Saturação. 
 Analisando as malhas de entrada e saída: 
 Entrada: 
 
 Saída: 
 
 O dimensionamento deve levar em conta os parâmetros do 
transistor, como por exemplo: 
 Icmax, Ibmax, VCEO, betta e frequência de chaveamento. 
 
 
 
 
Bsat
BEE
B
I
VV
R


Csat
CARGACEsatCC
c
I
VVV
R


Bsat
Csat
sat
I
I

2 – TRANSISTORES BJT 
 A corrente de carga (IL=Icsat - submentida) não deve 
ultrapassar a máxima corrente do transistor (Icmax - 
suportável): 
 A tensão da fonte (Vcc - submetida) não pode ser superior 
a tensão de coletor-emissor com base aberta (Vceo - 
suportável) 
 O valor do betta de saturação (sat), se não for informado, 
deve ser utilizado o menor valor de betta informado pelo 
fabricante (ex: : 10 – 50) da seguinte maneira: 
 
# Geralmente o betta do BJT de potência é baixo, mas em alguns 
casos, para confirma a saturação pode utilizar (ex: : 120 – 600): 
 
 
 
 
transistordoMaxalNoCARGACsat III __)min( 
)min( alNoCARGAFonteCEO VVV 
mínSat  
12
10
120
Sat
10
mín
Sat

 
10Sat
2 – TRANSISTORES BJT 
 Ao calcular Ibsat com o sat, a corrente de base deverá ser 
menor do que a corrente máxima da base (Ibsat<Ibmax): 
 
 
 Quando não for informado o valor do Vcesat, este deve ser 
igual a zero para o dimensionamento do resistor Rc: 
 
 
Csat
CARGACC
c
Csat
CARGACEsatCC
c
I
VV
R
I
VVV
R




transistordoMaxBBsat
sat
alNoCARGA
II
I
__
)min(

2 – TRANSISTORES BJT 
 Exemplo: Projete um circuito transistorizado 
(auxiliar) para acionar um motor de 110 V a partir de 
um microcontrolador com saída TTL: 
 O circuito TTL apresenta apenas dois níveis lógicos (0V-5V) 
 O transistor possui: 
 VBE=0,8V 
 ICmax=3A; 
 Faixa do Beta entre 10 e 30; 
 VCEsat= 1,2V 
 VCEO=60V; 
 O relé possui tensão e corrente nominal de Vrelé=5V e 
Irelé(acionamento)=50mA. 
 Objetivo: determine o resistor Rc, IBsat e o resistor Rb. 
 
2 – TRANSISTORES BJT 
 Cálculo de Rc, que limita a corrente do coletor. Observe a 
malha que envolve resistor RC e encontre VRc: 
 
 
 Com a corrente do coletor (Ic) e a faixa do beta (10 e 50) do 
transistor, então encontra-se a corrente de base para 
saturar. 
 
 Com a corrente de base, encontra-se o RB: 
AIIAII CRCreléRC 305,0 max 


 116
05,0
2,1512
cR



Csat
CARGACC
c
I
VV
R 10Bsat
mAA
I
I
Bsat
Csat
Bsat 5005,0
10
05,0
 
Bsat
BEE
b
I
VV
R




 840
005,0
8,05
bR
2 – TRANSISTORES BJT 
 2.3 – Perdas no Transistor BJT de Potência 
 Perdas nos transistores de potência são relevantes. 
 Há fontes de perdas nos transistores de potência: 
 Perdas durante a estado de saturação (condução); 
 Perdas durante o estado de corte (não condução)ou perda por fuga; 
 Perdas no Chaveamento (transição) 
 
 
Perda por 
Corte 
Perda por 
Saturação 
Perda por 
Ligar 
Perda por 
Desligar 
Perda por 
Corte 
2 – TRANSISTORES BJT 
 Perdas durante a estado de saturação ocorre na: 
 Base: 
 Coletor: 
 Perda total é dada por: 
# Se potência dissipada pela Base for pequena, pode considerar que 
as perdas total quando esta satura é de: 
 
 Perdas durante a estado de corte ocorre no: 
 Coletor (corrente de fuga - Ifuga ou Ileak), ou seja: 
 
BsatBEB IVP  )(
CsatCEC IVP  )(
BsatBECsatCEONSat IVIVPP  )()(
CsatCEONSat IVPP  )(
fugaCCCcorteCEOffCorte IVIVPP  )(
2 – TRANSISTORES BJT 
 Perdas no chaveamento é calculada com: 
 Tensão VCEcorte, ou seja tensão da fonte de alimentação (Vcc) 
 Corrente Icsat desconsiderando a tensão de VCEsat 
 Tempo de transição (ts ou td). 
 Perda total durante o chaveamento: VVCEsatC
CC
Csat
R
V
I
0
 fttIVP dsCsatCCtransição  ][
6
1
Ttttt
f
dsOFFON
11



2 – TRANSISTORES BJT 
 2.4 – Cuidados com Transistor BJT 
 O transistor deve ser protegido contra: 
 Sobrecorrente: 
 Ocorre quando o transistor esta saturado e ocorre o efeito de 
realimentação positiva: 
 
 Evita-se identificando valores de aumento de Corrente Ic ou de 
redução de VCE e interrompendo o fluxo de Ic curto-circuitando 
os terminais com uma chave automática em paralelo. 
 Tensão Inversa: 
 O transistor não consegue bloqueiar tensões inversas entre 
coletor e emissor, pois é um componente de tensão contínua. 
 Evita-se colocando um diodo anti-paralelo entre os terminais . 
 
 tItIfixaI CCB )(
2 – TRANSISTORES BJT 
 Transitório do Chaveamento: 
 Assim como no circuito com diodo, é utilizado circuito conhecido 
como snubber para limitar a tensão no dispositivo durante o 
chaveamento. 
 
Sem RCD Com RCD 
2 – TRANSISTORES BJT 
 Área de Operação Segura: 
 Os fabricantes especificam limites suportável do transistor 
para operação segura baseada no gráfico de saída do transistor 
(VCE x IC). Limites: 
 1) Máxima Tensão VCE 
 2) Limite entre: Corte e Ativa 
 3) Limite entre: Saturação e Ativa 
 4) Máxima Corrente IC 
 5) Máxima Potência P=VCExIC 
 6) Limite quando IC e VCE são elevados 
 
2 – TRANSISTORES BJT 
 2.5 - Circuito com a Configuração Darlington 
 Esta configuração possui impedância de entrada 
elevada, permitindo que o circuito seja acionado por um 
circuito mais simples, com alta resistência interna, 
pequeno valor de corrente (IB) e custo reduzido. 
 É um circuito utilizado principalmente para obter ganhos 
de corrente maiores (). 
 Esse par de transistores pode ser obtido pela conexão 
física de dois transistores, ou fabricado em um único 
chip, ou pode ser. 
 Desvantagens: 
 Queda de tensão maior (Vcesat); 
 Perda por condução maior; 
 Baixa velocidade de Chaveamento. 
 
2 – TRANSISTORES BJT 
 A relação de ganho da configuração tipo Darlington pode ser 
obtida da seguinte maneira: 
 
 Substituindo Betta1 e multiplicando o termo restante por IB2/IB2 
tem: 
 
 Substituindo IB2: 
 
 Que pode ser aproximado por: 
 
 A corrente de base é dada por: 
 
 
1
1
1
B
C
I
I

1B
C
total
I
I

2
2
2
B
C
I
I

EtotalB
BEBECC
B
RR
VVV
I
)1(
21




21 CCC III  112 BCB III 
1
2
21
12
22
1
21
22
1
1
2
1
1
B
B
BB
BC
BB
BC
B
C
B
C
total
I
I
II
II
II
II
I
I
I
I  






1221121
1
11
21 )1(  
B
BC
total
I
II
121221  total
2 – TRANSISTORES BJT 
 Exemplo da Configuração Darlington: 
 Dados do Transistor Q1: IC1=20A ; Betta1=20 
 Dados do Transistor Q2: IC2=100A ; Betta2=10 
a) Determine a corrente de base requerida para saturar a 
configuração tipo Darlington? 
 
 
 
 
b) Qual a corrente de base requerida por Q2, caso este seja usado 
isoladamente? 
 
21 CCC III 
1B
C
total
I
I

23010201020 total 121221  total
AIII CCC 1201002021 
A
I
I
total
C
B 522,0
230
120
1  
2
2
2
B
C
I
I
 A
I
I CB 10
10
100
2
2
2  
3 – TRANSISTORES MOSFET 
3 – TRANSISTORES MOSFET 
 Controle feito por tensão VGS 
 Existem dois tipos de transistores MOSFETs: 
 Intensificação(mais utiliza) e Depleção / Canal N e P 
 Possuem três/quatro terminais: 
 Drain, Source, Gate e Substrato (em curto com source) 
 Terminologias do Transistor: 
 Tensão: VDS, VGS e VDG; 
 Corrente: ID = IS, IG = 0A 
 
 
 
Intensificação Depleção 
3 – TRANSISTORES MOSFET 
 Principais características: 
 Possui alta frequência de chaveamento 
 Possui alta impedância de entrada (gate), e desta forma a 
corrente da entrada é praticamente igual a zero; 
 Apropriado para aplicações de baixa potência; 
 Pequena Perda por Chaveamento; 
 Possui queda de tensão VDS(sat) considerável quando esta 
ligado. Neste caso, VDS(sat) pode ser aproximadamente 4V 
para ID(sat). 
 
 
 
3 – TRANSISTORES MOSFET 
 As equações dependem dos tipos de MOSFETs: 
 Intensificação: 
 Precisa criar o canal 
 Não tem corrente sem VGS 
 Equação: 
 
 
 
 Depleção: 
 Já possui o canal 
 Existe corrente sem VGS 
 Equações: 
 
 
  ;
0
2
TGSDTGS
DTGS
VVkIVV
AIVV


TGSDSsat VVV 
 2
)(
)(
TligadoGS
ligadoD
VV
I
K


2
1 






Po
GS
DSSD
V
V
ii
3 – TRANSISTORES MOSFET 
Curva de Transcondutância 
Fixa IB 
Saturação 
Corte 
Triodo 
Curva de Saída (VGS-Fixo) 
 A curva característica de saída do transistor é dividida 
em três regiões, e esta relacionada com a aplicação do 
transistor: 
 Região de Saturação (Amplificação) 
 Região de Triodo 
 Região de Corte 
 
 
3 – TRANSISTORES MOSFET 
DSDSD IVP 
 2
)(
)(
TONGS
OND
VV
I
K


 2310
4,18

K 3.1 – Principais Parâmetros do Transistor 
 É importante observa especificações do tipo: 
 Especificações de Máximas: 
 VDS: 500V 
 VGS: 30V 
 IDmax: 18,4A; 
 PD: 220W: 
 Características ON x OFF: 
 VGS(th): 2 a 4 volts 
 ID(on)/ VGS =10V: 18,4 
 RDS(on): 0,22 
 
 
 
2/376,0 VAK 
3 – TRANSISTORES MOSFET 
 3.2 – Transistor MOSFET como Chave 
 O transistor tipicamente usado como chave é o mosfet de 
enriquecimento (sem o canal), por conta da 
simplificação do circuito de acionamento. 
 A polarização do circuito é semelhante polarização com 
VGS constante. 
 O transistor funciona como chave transitando entre as 
regiões de corte e triodo . 
 
 
3 – TRANSISTORES MOSFET 
 Região Triodo (condução) 
 VGS suficiente para que a corrente do circuito seja limitada apenas 
pelo circuito. 
 A corrente ID(carga) será elevada, limitada pela carga; 
 Tensão VDS(on) será baixa, até 4V. 
 
 
 Região Corte (Bloqueio) 
 VGS deve ser menor que VT (VGS(th)) 
 Tensão VDS será igual a da fonte Vcc. 
 
 
TGS VV  CCDSD VVeIAssim  0:
)(arg)( onDSaDconDS RIV  AIVV DTGS 0
TGSDSsatonDS VVVV )(
 2
)(
)(
TligadoGS
ligadoD
VV
I
K


  ;2arg TGSDsataDc VVkII 
3 – TRANSISTORES MOSFETS 
 3.3 – Perdas no Transistor MOSFET de Potência 
 Assim como foi para o BJT, o MOSFETtem como fontes de 
perdas de potência: 
 Perdas durante a estado de Ôhmico (condução): 
 
 Perdas durante o estado de Corte (não condução) ou perda por fuga; 
 
 Perdas no Chaveamento (transição) 
 
 
T
T
IVP OFFVGSDDSOFF   )0(max T
T
IVP ONaDconDSON  arg)(
T
T
IRP ONDonDSON 
2
)( fttIVP dsaDcDStransição   ][
6
1
maxargmax
CCDS VV max
CCDS VV max
VVDSL
CC
aDc
R
V
I
0
maxarg

 
Ttttt
f
dsOFFON
11



OFFON
ON
tt
t
d


3 – TRANSISTORES MOSFETS 
 Exemplo: Perdas no Transistor MOSFET 
 Um Mosfet tem os seguintes parâmetros abaixo: 
 ID(VGS=0V): 2mA; RDS(on): 0,3; ts:100ns; td:200ns 
 Dados do circuito: 
 Vcc=100V; RL=19,7 ; f=40kHz; d=50%; 
 Determine a perda total de potência, a potência na 
carga, a potência na fonte e a eficiência do circuito. 
 Cálculo de ID (enxerga o Mosfet como um resistor) 
 
 
 Calculo de VDS(on): 
 
)(onDSCARGA
DD
D
RR
V
I

 AID 5
3,07,19
100


 )()( onDSDonDS RIV  VV onDS 5,13,05)( 
3 – TRANSISTORES MOSFETS 
 Determinação de VDSmax (tensão VDS quando este não conduz) 
 
 Período T (inverso da frequência de chaveamento): 
 
 
 Tempos Ton e Toff (dependem do duts-cycle d) 
 
 
 
 Perda do MOSFET no estado de condução: 
 
 Calculo de Poff (potência do Mosfet no estado de corte) 
 
 
 
 
 
DDCorteDSDS VVV  )((max) VVDS 100(max) 
chavef
T
1
 sT 63 10251040
1 

 OFFON
ON
tt
t
d


dsOFFON ttttT  stt OFFON 7,242,01,025  stON 35,125,07,24  stOFF 35,12 WPON 705,325
35,12
53,0 2 
T
T
IRP ONDonDSON 
2
)( T
T
IVP OFFVGSDDSOFF   )0(max mWPOFF 8,98
25
35,12
002,0100 
3 – TRANSISTORES MOSFETS 
 Perda no chaveamento: 
 
 
 
 Calculo de Potencia da Carga 
 
 
 Cálculo da Potência fornecida pela Fonte 
 
 
 Calculo do Rendimento do Circuito (Relação entre potência de carga 
e Potência da Fonte) 
 
 
fttIVP dsaDcDStransição   ][
6
1
maxargmax
39 1040]10300[076,5100
6
1
 transiçãoP
AI aDc 076,5
7,19
100
maxarg 
WPtransição 02,1 T
t
IR
T
t
R
V
P ONDCARGA
ON
CARGA
CARGA
CARGA 
2
2
WPCARGA 30,243
25
35,12
57,19 2 
PERDASCARGAFONTE PPP 
WWP
TransiçãoCorteLigado
FONTE 12,248)02,10988,0705,3(30,243 

%100
FONTE
CARGA
P
P

%06,98%100
12,248
30,243

3 – TRANSISTORES MOSFET 
 3.4 – Cuidados com Transistor MOSFET 
 O MOSFET também deve ser protegido de sobretensão, 
sobrecorrente e transitório. 
 Alguns MOSFETs já possuem sensores internos de 
corrente e de temperatura, além de circuitos de 
acionamento do gate que anula o efeito da tensão do gate em 
casos de sobrecorrente e transitório. 
 Sobretensão: 
 O problema de sobretensão no MOSFET ocorre no estado de 
corte, quando a tensão entre Drain-Source é ultrapassada e 
força a condução. 
 Evita-se especificando o MOSFET com tensão VDSmax 
(suportável) maior que a tensão de alimentação VCC. 
 Outra solução, é colocar um resistor não-linear (varistor – 
resistência reduz com aumento da tensão) em paralelo com o 
MOSFET para desviar assim o fluxo de corrente por ele. 
CCDS VV max
3 – TRANSISTORES MOSFET 
 Sobrecorrente: 
 Durante a condução, a temperatura elevar e exceder a 
temperatura da junção Tj, danificando o componente. 
 Uma solução simples é assegurar que o fluxo de corrente nunca 
vai exceder 75% do valor nominal. 
 A utilização de sensores (Termostatos) também pode agir no 
desligamento do MOSFET quando a temperatura ultrapassar o 
valor predeterminado. 
 Utilização de mecanismos de refrigeração (Dissipadores, 
Resfriamento Forçado (Ventilação; Condicionadores de Ar) pode 
auxiliar na manutenção da temperatura. 
 
 
3 – TRANSISTORES MOSFET 
 Corrente Inversa 
 Quando há inversão de polariadade de VDS, o Mosfet não 
consegue bloquear a tensão reversa, prejudicando no 
acionamento do transistor. 
 Para evitar, geralmente o Mosfet possui internamente em sua 
estrutura um diodo antiparalelo (Diodo de Corpo). 
 Este diodo serve para permitir um caminho de retorno para a 
corrente para a maioria das aplicações de chaveamento. 
 
Diodo de Corpo 
3 – TRANSISTORES MOSFET 
 3.5 - MOSFET em SÉRIE e em PARALELO 
 A necessidade de controlar valores de corrente e tensão 
elevada, faz com que MOSFETs sejam conectados em série 
ou paralelo. 
 Série: suporta tensões mais altas (equivalente a um divisor de 
tensão), que um único componente não suportaria individualmente. 
 A conexão série complementares (Canal N com P) pode ser 
utilizada para construir inversores 
 Paralelo: alimenta cargas com corrente que um único MOSFET 
não suportaria. 
 Estes MOSFET compartilham igualmente a corrente por causa 
do coeficiente positivo de temperatura de RDS(on). 
 1)(1 DonDSjD IRTI
4 – TRANSISTORES IGBT 
4 – TRANSISTORES IGBT 
 IGBTs são transistores bipolares de porta isolada, que 
mesclam as características de: 
 Baixa queda de tensão em condução, do Transistor BJT; 
 Excelente chaveamento, simplificação do circuito de acionamento 
e a alta impedância de entrada, do transistor MOSFET; 
 O IGBT: 
 Pode substituir o MOFET em aplicações com corrente e tensão 
elevadas 
 Possui velocidade de chaveamento intermediária, maior que o 
BJT e menor que o Mosfet; 
 Não possui diodo de corpo, possuindo assim problema no 
bloqueio de tensão inversa (suporta até 10V). 
 
 
 
4 – TRANSISTORES IGBT 
 O IGBTs possui três terminais: 
 Coletor, Emissor e Gate; 
 Simbologia: 
 
 
IGBT 
(formato TBJ) 
IGBT 
(formato MOSFET) 
IGBT 
(Circuito Equivalente) 
4 – TRANSISTORES IGBT 
 4.1 – Funcionamento do IGBTs: 
 O princípio de funcionamento do IGBT é bem similar ao 
MOSFET de Potência. 
 A condução acontece quando: 
 VCE deve ser polarizada positivamente 
 VGE deve ser maior que a Tensão Limiar - VGE(th). 
 O bloqueio do IGBT ocorrerá quando: 
 Basta zerar a tensão do Gate VGE ou quando esta for menor 
VGE(th). 
4 – TRANSISTORES IGBT 
 A curva característica (Vce x Ic) informa como o IGBT 
funciona. 
 Este transistor também possui três regiões: 
 Ativa; 
 Saturação; 
 Corte 
 # Observe que para uma tensão 
de gate próximo ou menor que a 
tensão limiar (Vge<Vth), o 
transistor estará na região de 
corte (não conduz). 
Ativa 
Corte 
Satura 
4 – TRANSISTORES IGBT 
 4.2 – Perdas do IGBT como Chave 
 O IGBT funciona como chave transitando entre as regiões 
de corte e saturação. 
 Assim como o BJT e o MOSFET, o IGBT possui perdas em: 
 Condução (Saturação): 
 
 Bloqueio (Corte): pode ser desconsiderada por ser baixíssima: 
 
 Chaveamento (Transição). 
 
T
T
IVP ONonConCEON  )()(
OFFON
ON
tt
t
d

 T
T
IVP OFFoffCoffCEOFF  )()(
CCoffCE VV )(
fttIVP dsCoffCEtransição  ][
6
1
max)(
VVDSL
CC
C
R
V
I
0
max


Ttttt
f
dsOFFON
11



CARGA
onCEFonte
onC
R
VV
I
)(
)(


4 – TRANSISTORES IGBT 
 Exemplo: Perdas no Transistor IGBT 
 Um Mosfet tem os seguintes parâmetros abaixo: 
 VCE(on): 2V; ts:2,5s; td:1  s 
 Dados do circuito: 
 Vcc=220V; RL=10 ; f=10kHz; d=60%; 
 Determine a perda total de potência, a potência na 
carga, a potência na fonte e a eficiência do circuito. 
 Cálculo de ID(on) 
 
 
 Determinação de VCEmax (tensãoVCE quando este não conduz) 
CARGA
onCECC
onC
R
VV
I
)(
)(

 AID 8,21
10
2220



CCCEoffCE VVV  max)( VV offCE 100)( 
4 – TRANSISTORES IGBT 
 Período T (inverso da frequência de chaveamento): 
 
 
 Tempos Ton e Toff (dependem do duts-cycle d) 
 
 
 
 Perda do IGBT no estado de condução: 
 
 
 Perda do IGBT no estado de bloqueio é tão pequena que pode ser 
desprezada (Poff =0W). 
 
 
 
 
 
OFFON
ON
tt
t
d


dsOFFON ttttT  stt OFFON 5,9615,2100  stON 9,576,05,96  stOFF 6,38chavefT 1 sT 63 101001010 1 
T
T
IVP ONonConCEON  )()(
WPON 07,42
100
5,96
8,212 
4 – TRANSISTORES IGBT 
 Perda no chaveamento: 
 
 
 
 Calculo de Potencia da Carga 
 
 
 Cálculo da Potência fornecida pela Fonte 
 
 
 Calculo do Rendimento do Circuito (Relação entre potência de carga 
e Potência da Fonte) 
 
 
AIC 0,22
10
220
max 
WPtransição 23,28 T
t
IR
T
t
R
V
P ONDCARGA
ON
CARGA
CARGA
CARGA 
2
2
WPCARGA 64,2751
100
9,57
8,2110 2 
PERDASCARGAFONTE PPP 

WP
TransiçãoCorteLigado
FONTE 99,2821)23,280,007,42(64,2751 

%100
FONTE
CARGA
P
P

%51,97%100
99,2821
64,2751

fttIVP dsCoffCEtransição  ][
6
1
max)( kPtransição 10]5,3[22220
6
1
 
5 – TRANSISTORES UJT 
5 – TRANSISTORES UJT 
 O transistor de unijunção UJT possui apenas uma 
junção PN (um grão altamente dopado numa barra 
levemente dopada). 
 A principal aplicação do UJT esta na construção de 
circuitos pequenos e simples responsáveis por gerar 
pulsos de acionamento de transistores e tiristores. 
 O transistor três terminais: 
 Base 1; Base 2 e Emissor 
 
 
5 – TRANSISTORES UJT 
 O funcionamento do UJT pode facilmente ser entendido 
com o circuito equivalente abaixo, considerando: 
 Um resistor fixo: RB2 ; 
 Um resistor variável: RB1 
 Um diodo representando a junção. 
 O UJT deve ser polarizado da seguinte maneira: 
 VB2B1 positivo; 
 VEB1 positivo; 
 
 Com VEB1=0V, o UJT possui resistência interbase 
(RBB) elevada e uma corrente IBB baixa e 
considerável, mas o UJT ainda esta bloqueado. 
5 – TRANSISTORES UJT 
 O UJT conduz quando a tensão do emissor é 
suficiente para polarizar a junção de forma direta e 
assim RB1 reduzirá, para isto é necessário conhecer a 
tensão do ponto entre os resistor RB1 e RB2. 
 A tensão no ponto entre RB1 e RB2 dada pelo 
parâmetro η (êta - Intrinsic standoff ratio), fornecida 
pelo fabricante do componente e que possui valor 
típico de 0,6. 
 
   VVVVVVConduz BBEE : 21
1:
BB
B
RR
R
TensãodeDivisor


5 – TRANSISTORES UJT 
 A curva característica (IE x VEB1 para VBB fixa) 
ajuda a entender melhor o funcionamento do UJT 
 A curva pode ser dividida em três regiões: 
 Região de Resistência Negativa 
 Região de Saturação 
 Região de Corte 
 
 
 
5 – TRANSISTORES UJT 
 Observa-se que: 
 Para fazer o UJT conduzir, é necessário que VEB1 atingir 
Vp e ter o mínimo de corrente de IE = Ip. 
 Após atingir Vp e Ip, a corrente elevará rapidamente sendo 
limitada pelo circuito e a tensão: 
 Reduzirá com a corrente (Ip – Iv) : na região de resistência negativa 
(característica utilizada por circuitos osciladores) ; 
 Aumentará com a corrente: na região de saturação (IE > Iv) 
 
5 – TRANSISTORES UJT 
 5.1 – Principais Parâmetros do UJT 
 É importante observa especificações do tipo: 
 Especificações de Máximas: 
 VB1E 
 VB2E 
 IFrms 
 IEM 
 Características Elétricas: 
 RBBO 
 η (relação) 
 Iv: corrente de vale 
 Vv: tensão de vale 
 
 
 
BBV VV .1,0
5 – TRANSISTORES UJT 
 5.2 – Oscilador de Relaxação – Aplicação do UJT 
 O oscilador de relaxação é um circuito em que a frequência é 
controlada pela carga e descarga de um capacitor. 
 O circuito do oscilador de relaxação é dado pela figura 
abaixo: 
 
 
 
Circuito Equivale 
5 – TRANSISTORES UJT 
 O circuito do oscilador de relaxação funciona da seguinte 
maneira: 
 1º Instante (Carregamento do Capacitor) 
 O capacitor carrega através do resistor R1 e do potenciômetro P1; 
 UJT permanece cortado: 
 2º Instante (Descarregamento do Capacitor) 
 Tensão do capacitor atinge a tensão de pico do UJT: 
 Junção polarizada diretamente e, assim, conduz. 
 Resistência do RB1 cai para um valor próximo de zero 
 Capacitor descarrega rapidamente pelo resistor R3. 
 Tensão do capacitor atinge a tensão de Vale (Vv) e o UJT entra 
em estado de corte e reinicia o ciclo de oscilação. 
 
 
 
 
 
PCCONDUZ VVUJT :PECCORTADO VVVUJT : 
 VVV BBP 
1º 2º 
5 – TRANSISTORES UJT 
 Funções dos componentes do circuito oscilador: 
 R1- Limita a corrente do circuito e frequência máxima do oscilador; 
 P1- Controla a corrente e o tempo de carregamento do capacitor, e 
assim a frequência de oscilação do circuito. 
 C – Controla a frequência de disparo e corte do UJT. 
 R2 – Propicia estabilidade térmica ao Circuito ( depende de Vcc e ): 
 Com aumento de temperatura: V e η diminuem, então Vp diminui. 
 Sem R2: VBB é constante=VCC, pois VR3 é pequena. Assim, se a 
temperatura aumentar, Vp≥VD+ηVBB reduz e modificará a 
frequência (aumentará). 
 Com R2: VBB=VCC-VR2 deixa de ser constante. Quando a 
temperatura aumenta, RBB aumenta, IBB e VR2 diminui e faz VBB 
aumentar. Assim Vp≥VD+ ηVBB não modifica muito pois VBB 
compensa a redução de VD e η diminuem. 
 R3 – é a saída do circuito (VR30,6V) e modifica o tempo de descarga. 
 
 
 
 
5 – TRANSISTORES UJT 
 Exemplo: Dimensionamento do Circuito Oscilador: 
 Um circuito oscilador com o transistor UJT é utilizado para acionar 
de SCR. Este oscilador possui os seguintes dados: 
 
 
 
 
 R2 – Considerando que Vp = Vcc e VR30,6V (evitar o disparo do 
circuito posterior), então 
 
 IBB – É dada pela tensão VCC e a Resistência em série do circuito. 
 
 
 
 
 
]51[4
1,04
56,0
:26462
12
KHzkHzfAI
VVmAI
KR
NUJTDados
VV
P
BBVV
BB
CC















 1
)(
3
3
2
RP
RCC
BB
VV
VV
RR










 82,1811
6,012.6,0
)6,012.(6,0
52 KR
6,03
2
3
32





 R
BB
RCC
BB
CC
BB V
RR
VV
RRR
V
I
mAIBB 20,2
82,1815000
6,012




5 – TRANSISTORES UJT 
 R3 – Considerando que VR3 0,6V e IBB já calculada, então: 
 
 VBB – A tensão entre as bases, quando o UJT esta cortado, é dada 
por: 
 
 Vcp – a tensão do capacitor para o disparo: 
 
 RE – O resistor do emissor (associação em série de R1 com P1) é 
calculado para uma faixa de valores. O objetivo do oscilador é 
permite que o UJT funcione na região de resistência negativa. 
 Dimensionar a Resistência Máxima para garantir o disparo: 
Corrente minima(Ip) 
 
 
 
 
BB
R
I
V
R 33 
 73,272
00220,0
6,0
3R
BBBBBB IRV 
VVBB 00,110022,05000 
3RBBCP VVVV   VVCP 9,76,07,0116,0 
P
PCC
PRE
I
VV
R

 )max( 11


 MR PRE 025,1
000004,0
9,712
)max( 11
5 – TRANSISTORES UJT 
 Dimensionar a resistência Mínima para garantir a interrupção: 
Corrente máxima(Iv): 
 
 Portanto: 
 
 O Calculo do Capacitor depende do Período ou Frequência que pode 
ser aproximada ao período de carregamento do capacitor(t2-
t1). O descarregamento ocorre sobre R3 e é muito rápido, sendo 
despresível. 
 
 
 
 
V
VCC
RE
I
VV
R

)min( 1


 kR RE 73,2
004,0
1,112
)min( 1
  kRk PRE 025,173,2 )( 11
CPCC
VCC
VV
VV
CPRT


 ln)( 11(max)
CPCC
VCC
VV
VV
CRT


 ln1(min)
5 – TRANSISTORES UJT 
 Para dimensionar o capacitor(C) e especificar o resistor (R1) e o 
potenciômetro (P1), deve-se achar a relação entre eles e escolher ou 
valor do capacitor ou do resistor. 
 
 
 
 PCC
VCC
VV
VV


 ln
(max)
(min)
(min)
(max)
1
1
f
T
f
T


FRCMínimoTempo 61 1054,204
978,05000
1
:_ 

 





k
C
T
R 633,13
978,010001075
1
9
(max)
(max)    kkkPPRR então 906,10727,2633,13111(max)



 0;
9,712
1,112
ln
5000
1
11min PCRT max111max 9,712
1,112
ln)(
1000
1
PCPRT



 kRenFCEscolhe 727,275: 1
10 – EXERCÍCIOS 
 AHMED, Ahsfaq. Eletrônica De Potência. Pearson 
Education do Brasil Ltda, 2002. 
 Capitulo 3: Estão aptos a fazer todos exercícios 
 Preferencialmente: 9 até o 16. 
 
10 – EXERCÍCIOS 
 RASHID, Muhammad H.; Eletrônica de Potência: 
Dispositivos, Circuitos e Aplicações; PEARSON; Makron 
Books 
 Capitulo X 
 
10 – EXERCÍCIOS 
 
10 – EXERCÍCIOS