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UNIVERSIDADE NOVE DE JULHO Disciplina de Eletrônica Industrial 1 Eletrônica de Potência – DIODO DE POTÊNCIA • Principais características • É um dispositivo não‐controlado (comuta espontaneamente) • Conduz quando diretamente polarizado e bloqueia quando i<0 • VAC > 0 • Possui uma queda de tensão intrínseca quando em condução • VF ~ 1V (forward voltage) • Não são facilmente operados em paralelo, devido aos seus coeficientes térmicos de condução serem negativos • Quanto maior temperatura menor a queda direta • Pode conduzir reversamente durante um tempo trr (tempo de recuperação reversa ‐ especificado pelo fabricante) UTFPR – Campus Curitiba Prof. Amauri Assef 2 Eletrônica de Potência – DIODO DE POTÊNCIA • Características estáticas (tensão‐corrente): Circuito equivalente do diodo Ideal Região de avalanche (curto‐circuito) 2V(TO )iDmed rT IDefPcReal UTFPR – Campus Curitiba Prof. Amauri Assef 3 Eletrônica de Potência – DIODO DE POTÊNCIA • Características dinâmicas (considera‐se D real): Tempo de recuperação reversa ‐ trr • Bastante significativo em aplicações de chaveamento em alta velocidade→ provocam substâncias perdas e sobrecorrentes • O diodo real não passa, em um único instante, do estado de condução para o de não‐condução (comutação abrupta) • Nesse momento uma corrente reversa flui por um breve período, e o diodo continua conduzindo devido aos portadores minoritários que permanecem na junção pn e no material semicondutor propriamente dito • Os portadores minoritários requerem um certo tempo para recombinar com as cargas opostas e ser neutralizados • C -7 Capacitância de recuperação do diodo (da junção) • Qrr -7 carga armazenada em C durante condução UTFPR – Campus Curitiba Prof. Amauri Assef 5 Eletrônica de Potência – DIODO DE POTÊNCIA • Inicialmente S bloqueado • Malha L e D circuito IL com a corrente do indutor fluindo livremente • S é fechada - corrente IL transferida de D para S • Comutação - diodo bloqueia • IL = iS + iF (constante) • S fechada - corrente iF ↓ • Velocidade de decrescimento depende: UTFPR – Campus Curitiba Prof. Amauri Assef 6 Eletrônica de Potência – DIODO DE POTÊNCIA • Com iF=0 • Ocorre a descarga de C • iD torna‐se negativa, até que Qrr seja toda removida • IRM representa o pico da corrente de recuperação do diodo • Qrr = 0 diodo bloqueado • A taxa de variação de corrente, associada à indutância parasita série provoca sobretensão negativa em D durante bloqueio (pode ser destrutiva) • Utilizar snubber RC série em paralelo com o diodo UTFPR – Campus Curitiba Prof. Amauri Assef 7 Eletrônica de Potência – DIODO DE POTÊNCIA • Formas de onda: UTFPR – Campus Curitiba Prof. Amauri Assef 8 Eletrônica de Potência – DIODO DE POTÊNCIA • Conclusão: o tempo de recuperação reversa (trr) e a carga armazenada na junção (Qrr) estão relacionadas diretamente com as perdas de comutação • Equações: • diF/dt -7 estabelecido pelo projetista (depende do circuito) • Qrr dado do fabricante -7 quanto menor,mais rápido é o diodo UTFPR – Campus Curitiba Prof. Amauri Assef 9 Eletrônica de Potência – DIODO DE POTÊNCIA • Entrada em condução do diodo: • Circuito para o estudo da entrada em condução do diodo e formas de onda durante a comutação (entrada em condução) Atraso de entrada em condução UTFPR – Campus Curitiba Prof. Amauri Assef 11 Eletrônica de Potência – DIODO DE POTÊNCIA • trf: tempo de entrada em condução • Pode variar entre 0,1 a 1,5 μs • VFP: tensão de pico na entrada em condução • Pode alcançar valores próximo de 40V • Diodos rápidos reduzem trf e VFP O atraso e a sobretensão são devidos à variação da resistência do diodo durante entrada em condução Em conversores comutados pela linha, as perdas de comutação podem ser desconsideradas UTFPR – Campus Curitiba Prof. Amauri Assef 12 Eletrônica de Potência – DIODO DE POTÊNCIA • Classificação quanto ao tempo de recuperação reversa: • Diodos lentos (standard‐recovery) -+ trr > 1 μs • Line –frequency diodes – operação em baixa frequência, geralmente menor que 1 kHz • Diodos rápido (fast‐recovery)-+ trr < 200 ns • Soft‐recovery – Variação de corrente suavizada para evitar picos de tensão • Diodos ultra‐rápidos (ultrafast‐recovery) -+ trr < 70 ns • Aplicação em fontes chaveadas • Pode‐se reduzir o circuito snubber de proteção UTFPR – Campus Curitiba Prof. Amauri Assef 13 Eletrônica de Potência – DIODO DE POTÊNCIA • Demais valores nominais: • Corrente direta média máxima – IF(avg)max • É a corrente máxima que o diodo pode aguentar com segurança quando polarizado diretamente • Corrente máxima de surto ‐ IFSM • É a corrente máxima que o diodo pode suportar durante um transitório fortuito ou diante de um defeito do circuito • Proteções • Sobretensão • Sobrecorrente • Transitórios – circuito snubber UTFPR – Campus Curitiba Prof. Amauri Assef 14 Eletrônica de Potência – DIODO DE POTÊNCIA • Exemplo: 1N4007 (standard) UTFPR – Campus Curitiba Prof. Amauri Assef 15 Eletrônica de Potência – DIODO DE POTÊNCIA • Exemplo: MUR460 (ultrafast) UTFPR – Campus Curitiba Prof. Amauri Assef 16 Eletrônica de Potência – DIODO DE POTÊNCIA UTFPR – Campus Curitiba Prof. Amauri Assef 17 Eletrônica de Potência – DIODO DE POTÊNCIA • Diodos Schottky • Possuem uma baixa queda de tensão de condução, tipicamente de 0,3V • Baixo tempo de recuperação - baixas perdas por condução • Circuitos Snubbers menores e menos dissipativos • Aplicação em fontes de baixa tensão, nas quais as quedas sobre os retificadores são significativas • Desvantagem: baixa tensão direta e inversa suportável UTFPR – Campus Curitiba Prof. Amauri Assef 18 Eletrônica de Potência – RETIFICADORES A DIODO • Retificador Monofásico Meia Onda a Diodo • 1) Carga Resistiva Pura • Onde: Sendo: Vo = valor eficaz da tensão de alimentação v(t ) Vm sen (t ) 2Vosen (t ) UTFPR – Campus Curitiba Prof. Amauri Assef 19 Eletrônica de Potência – RETIFICADORES A DIODO • Formas de onda para carga R(pura): UTFPR – Campus Curitiba Prof. Amauri Assef 20 Eletrônica de Potência – RETIFICADORES A DIODO • Tensão média na carga: t0 T 1T tVmed 2V0 sen (t )dt 2 f ( t )dt 0 0 1VLmed • Corrente média na carga: 2 sen (t )dt 0 1 2V0 R I Lmed R 0 ,45V0 R VLmedI Lmed UTFPR – Campus Curitiba Prof. Amauri Assef 21 ܸௗ ൌ ଶ గ · ܸ ൌ0,45 · ܸ Eletrônica de Potência – RETIFICADORES A DIODO • Corrente de pico no diodo: • Tensão de pico inversa do diodo: R 2V0I Dp • Corrente eficaz no diodo VDp 2V0 R 0 ,707 V0 2R V0 2R 2 2V0 sen 2 (t )dt 2V0RI Lef 2 0 2 2 1 2 f ( t ) dt1TVrms t0 T t 0 2 UTFPR – Campus Curitiba Prof. Amauri Assef 22 Eletrônica de Potência ‐ Revisão • Referênciasbibliográficas: – BARBI, Ivo. Eletrônica de Potência; 6ª Edição, UFSC, 2006 – MUHAMMAD, Rashid Eletrônica de Potência; Editora: Makron Books, 1999 – ERICKSON, Robert W.; MAKSIMOVIC, Dragan. Fundamentals of power electronics. New York: Kluwer Academic, 2001 – AHMED, Ashfaq. Eletrônica de Potência; Editora: Prentice Hall, 1a edição, 2000 – Materiais de aula do Prof. Leandro Michels – UDESC UTFPR – Campus Curitiba Prof. Amauri Assef 24 Exercício para entregar: https://goo.gl/forms/oaFpJPV19FjKRMMK2
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