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UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁUNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETROTÉCNICADEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETROTÉCNICA CURSO DE ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICACURSO DE ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA 1 UTFPR – Campus Curitiba Prof. Amauri Assef Disciplina de Eletrônica de Potência Disciplina de Eletrônica de Potência –– ET66BET66B Aula 3Aula 3 Prof. Amauri AssefProf. Amauri Assef amauriassef@utfpr.edu.bramauriassef@utfpr.edu.br Eletrônica de Potência Eletrônica de Potência –– DIODO DE POTÊNCIADIODO 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) 2 UTFPR – Campus Curitiba Prof. Amauri Assef � 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) Eletrônica de Potência Eletrônica de Potência –– DIODO DE POTÊNCIADIODO DE POTÊNCIA � Características estáticas (tensão-corrente): Circuito equivalente do diodo Ideal 3 UTFPR – Campus Curitiba Prof. Amauri Assef Região de avalanche (curto-circuito) 2 DefTDmed)TO(c IriVP +=Real Eletrônica de Potência Eletrônica de Potência –– DIODO DE POTÊNCIADIODO DE POTÊNCIA � Exercício: Calcular a corrente IF , a tensão VF , e a potência no diodo D polarizado diretamente por uma fonte de tensão contínua de 50V, em série com um resistor de 100Ω. Considerar rT = 15mΩ e V(TO) = 0,7V: 4 UTFPR – Campus Curitiba Prof. Amauri Assef Eletrônica de Potência Eletrônica de Potência –– DIODO DE POTÊNCIADIODO 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) 5 UTFPR – Campus Curitiba Prof. Amauri Assef 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� Capacitância de recuperação do diodo (da junção) � Qrr� carga armazenada em C durante condução Eletrônica de Potência Eletrônica de Potência –– DIODO DE POTÊNCIADIODO DE POTÊNCIA � Inicialmente S bloqueado � Malha L e D circuito IL em roda livre � S é fechado � corrente IL transferida de D para S � Comutação � diodo bloqueia 6 UTFPR – Campus Curitiba Prof. Amauri Assef � Comutação � diodo bloqueia � IL = iS + iF (constante) � S fechado � corrente iF↓ � Velocidade de decrescimento depende: Eletrônica de Potência Eletrônica de Potência –– DIODO DE POTÊNCIADIODO 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 � Q = 0 � diodo bloqueado 7 UTFPR – Campus Curitiba Prof. Amauri Assef � 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 Eletrônica de Potência Eletrônica de Potência –– DIODO DE POTÊNCIADIODO DE POTÊNCIA � Formas de onda: 8 UTFPR – Campus Curitiba Prof. Amauri Assef Eletrônica de Potência Eletrônica de Potência –– DIODO DE POTÊNCIADIODO 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: 9 UTFPR – Campus Curitiba Prof. Amauri Assef � diF/dt���� estabelecido pelo projetista (depende do circuito) � Qrr dado do fabricante � quanto menor, mais rápido é o diodo Eletrônica de Potência Eletrônica de Potência –– DIODO DE POTÊNCIADIODO DE POTÊNCIA � Exercício: O tempo de recuperação de um diodo é trr=3 μs e a taxa de decaimento da corrente do diodo é di/dt=30A/μs. Determinar (a) a carga armazenada Qrr e (b) a corrente reversa máxima de pico IRM. 10 UTFPR – Campus Curitiba Prof. Amauri Assef Eletrônica de Potência Eletrônica de Potência –– DIODO DE POTÊNCIADIODO 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) 11 UTFPR – Campus Curitiba Prof. Amauri Assef Atraso de entrada em condução Eletrônica de Potência Eletrônica de Potência –– DIODO DE POTÊNCIADIODO 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 12 UTFPR – Campus Curitiba Prof. Amauri Assef 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 Eletrônica de Potência Eletrônica de Potência –– DIODO DE POTÊNCIADIODO DE POTÊNCIA � Classificação quanto ao tempo de recuperação: � 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) � t < 70 ns 13 UTFPR – Campus Curitiba Prof. Amauri Assef � Diodos ultra-rápidos (ultrafast-recovery) � trr < 70 ns � Aplicação em fontes chaveadas � Pode-se reduzir o circuito snubber de proteção Eletrônica de Potência Eletrônica de Potência –– DIODO DE POTÊNCIADIODO 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 - I 14 UTFPR – Campus Curitiba Prof. Amauri Assef � 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 Eletrônica de Potência Eletrônica de Potência –– DIODO DE POTÊNCIADIODO DE POTÊNCIA � Exemplo: 1N4007 (standard) 15 UTFPR – Campus Curitiba Prof. Amauri Assef Eletrônica de Potência Eletrônica de Potência –– DIODO DE POTÊNCIADIODO DE POTÊNCIA � Exemplo: MUR460 (ultrafast) 16 UTFPR – Campus Curitiba Prof. Amauri Assef Eletrônica de Potência Eletrônica de Potência –– DIODO DE POTÊNCIADIODO DE POTÊNCIA 17 UTFPR – Campus Curitiba Prof. Amauri Assef Eletrônica de Potência Eletrônica de Potência –– DIODO DE POTÊNCIADIODO DE POTÊNCIA � Diodos Schottky � Possuem uma baixa queda de tensão de condução, tipicamente de 0,3V � Baixo tempo de recuperação � baixa 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 18 UTFPR – Campus Curitiba Prof. Amauri Assef Eletrônica de Potência Eletrônicade Potência –– RETIFICADORES A DIODORETIFICADORES A DIODO � Retificador Monofásico Meia Onda a Diodo � 1) Carga Resistiva Pura 19 UTFPR – Campus Curitiba Prof. Amauri Assef � Onde: Sendo: Vo = valor eficaz da tensão de alimentação )t(senV)t(senV)t(v om ωωω 2== Eletrônica de Potência Eletrônica de Potência –– RETIFICADORES A DIODORETIFICADORES A DIODO � Formas de onda para carga R(pura): 20 UTFPR – Campus Curitiba Prof. Amauri Assef Eletrônica de Potência Eletrônica de Potência –– RETIFICADORES A DIODORETIFICADORES A DIODO � Tensão média na carga: ∫ + = Tt t med dt)t(fTV 0 0 1 ∫= pi ωω pi 0 022 1 td)t(senVVLmed 0 0 4502 V,VVLmed == pi 21 UTFPR – Campus Curitiba Prof. Amauri Assef � Corrente média na carga: ∫= pi ωω pi 0 02 2 1 td)t(sen R VI Lmed pi R V, R VI LmedLmed 0 450 == Eletrônica de Potência Eletrônica de Potência –– RETIFICADORES A DIODORETIFICADORES A DIODO � Corrente de pico no diodo: � Tensão de pico inversa do diodo: R VI Dp 0 2 = 2VV = 22 UTFPR – Campus Curitiba Prof. Amauri Assef � Corrente eficaz no diodo 02VVDp = R V , R V R V td)t(sen R VI Lef 002 2 0 0 2 2 0 7070 222 22 2 1 == = = ∫ pi pi ωω pi pi [ ] dt)t(f T V Tt t rms ∫ + = 0 0 21 Eletrônica de Potência Eletrônica de Potência –– DIODO DE POTÊNCIADIODO DE POTÊNCIA � Exercícios: 1) Seja o retificador de meia onda alimentando carga resistiva pura com Vo=120V (valor eficaz) e R=50Ω. Calcular: (a) tensão média na carga , (b) corrente média na carga, (c) corrente eficaz na carga e (d) potência transferida ao resistor R. Desenhar os gráficos 23 UTFPR – Campus Curitiba Prof. Amauri Assef potência transferida ao resistor R. Desenhar os gráficos de VL, IL e VD indicando os valores máximos e mínimos. 2) Considerando rT = 12mΩ e V(TO) = 0,85V, calcular a potência de condução do diodo: 2 DefTDmed)TO(c IriVP += Eletrônica de Potência Eletrônica de Potência -- RevisãoRevisão � Referências bibliográficas: – 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 24 UTFPR – Campus Curitiba Prof. Amauri Assef – 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
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