Aula 2. Diodos de Potência 16.9

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DIODOS DE POTÊNCIA
ENG.° EDERSON ZANCHET
2REVISÃO – PARÂMETROS ONDAS SENOIDAIS
VALOR EFICAZ
O valor eficaz de uma corrente senoidal corresponde ao valor de corrente ca capaz de dissipar em um resistor R
uma potência média equivalente à potência dissipada por uma corrente cc sobre o mesmo resistor. Assim,
Para Pac = Pcc, tem-se que os valores correspondentes entre as correntes cc e ca, sob esta condição
denominada de corrente eficaz IEF:
Note que o valor eficaz de uma onda senoidal independe do resistor.
3REVISÃO – PARÂMETROS ONDAS SENOIDAIS
VALOR MÉDIO
O valor médio de uma onda é o quociente da área sob a curva correspondente a um ciclo completo dividido pelo
período.
4REVISÃO – PARÂMETROS ONDAS SENOIDAIS
FATOR DE CRISTA
O valor crista de uma onda de tensão ou corrente periódica é definido como a relação entre o valor de pico e o
valor eficaz:
O valor de crista é normalmente usado como medida de estresse que um dielétrico é capaz de suportar. Para
ondas senoidais o fator de crista é igual √2 = 1,4142. Em circuitos com interruptores eletrônicos, em que a condução
de corrente ocorre apenas durante parte do ciclo completo, o valor de crista não mais obedece à relação √2.
5REVISÃO – PARÂMETROS ONDAS SENOIDAIS
FATOR DE FORMA
É definido como a relação entre o valor eficaz e o valor médio de uma onda.
Para ondas senoidais o fator de forma é igual 1,11.
6REVISÃO – PARÂMETROS ONDAS SENOIDAIS
Figura 2.1: Fator de Forma em função do ângulo de condução (Senoidal)
Fonte: [3]
7HARMÔNICOS
1. Harmônico é uma sinusóide, cuja frequência é um múltiplo inteiro da frequência de uma senóide
fundamental.
2. Uma onda não senoidal periódica é composta de uma série infinita de ondas senoidais ou co-senoidais.
3. A onda periódica não senoidal possui uma componente denominada de fundamental que, em geral,
determina a frequência de repetição da onda não senoidal, e um conjunto de ondas, denominadas de
harmônicos ou harmônicas.
4. A componente fundamental é a onda de menor frequência de ordem inteira do conjunto de ondas
senoidais.
5. Cada múltiplo inteiro da fundamental é chamado de ordem do harmônico.
6. A fundamental é também conhecida como a componente da onda de primeira ordem.
8HARMÔNICOS
1. Os harmônicos são divididos em pares e ímpares.
2. Os harmônicos pares são ondas cujas frequências são múltiplos inteiros pares da fundamental. De modo
semelhante, os harmônicos ímpares são múltiplos inteiros ímpares da fundamental.
3. Qualquer variação em uma onda senoidal pura gera componentes harmônicos. Alguns tipos de formas de
onda têm apenas harmônicas ímpares, outros somente harmônicos pares, e outras contêm ambas.
4. A forma da onda é determinada por seu conteúdo harmônico. Uma onda quadrada é um exemplo de uma
forma de onda que consiste de componente fundamental e de harmônicos ímpares.
9HARMÔNICOS
A Figura 2.2 mostra a soma das componentes fundamental, terceira, quinta e sétima harmônicas de corrente
com a forma de onda aproximando-se de uma onda quadrada.
Figura 2.2: Forma de Onda Quadrada com os efeitos das harmonicas
Fonte: [8]
10HARMÔNICOS
Para a identificação das componentes harmônicas presentes em uma onda não sinusoidal é empregada uma
ferramenta matemática, desenvolvida em 1822, pelo matemático francês Jean Baptiste Joseph Fourier (1768-1830).
A frequência, a amplitude e a fase de cada sinusóide são determinadas por meio da análise de Fourier aplicada
à onda periódica não senoidal.
A análise de Fourier é o processo de conversão de formas de onda no domínio do tempo em suas componentes
de frequências.
11HARMÔNICOS
Figura 2.3: Espectro de frequência de uma onda quadrada
Fonte: [8]
12DIODO IDEAL - Características estáticas (V/I)
Trata-se de um interruptor ideal
Polarizado diretamente: entra em condução para VF > 0 (curto)
Polarizado diretamente: entra em condução para VF > 0 (curto)
Polarizado inversamente: é capaz de bloquear uma tensão reversa ilimitada – circuito aberto
13DIODO REAL - Características Estáticas (V/I)
Polarizado diretamente: forma-eletromotriz V(TO) em série com Rt
Polarizado inversamente: circulação uma corrente reversa IR de baixo valor e bloqueio limitado até a tensão
reversa VRRM
14DIODO: PERDAS NA CONDUÇÃO
A Potência perdida e convertida em calor é definida pela expressão:
V(TO)→tensão de condução – catálogo
iDmed→corrente média
rT→resistência do diodo - catálogo
iDef→corrente eficaz
Expressão genérica, podendo ser empregada para qualquer forma de onda.
15EXEMPLO DE DIODO DE POTÊNCIA
Diodo de potência (rosca) SKN20/08 (Semikron)
VRRM= 800V
V(TO) = 0,85V
rT= 11mΩ
rT= 11mΩ
iDmed= 20A (para temperatura de cápsula igual à 125°C)
16EXEMPLOS DE SEMICONDUTORES DE POTÊNCIA
17DIODOS DE POTÊNCIA: PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS
1. É um dispositivo não-controlado (comuta espontaneamente)
2. Conduz quando diretamente polarizado e bloqueia quando i<0 : VAC>0
3. Possui uma queda de tensão intrínseca quando em condução VF~1V (forward voltage)
4. Não são facilmente operados em paralelo, devido aos seus coeficientes térmicos de condução serem 
negativos (Quanto maior temperatura menor a queda direta)
5. Pode conduzir reversamente durante um tempo trr (tempo de recuperação reversa-especificado pelo 
fabricante)
18DIODOS DE POTÊNCIA: CARACTERÍSTICAS DINÂMICAS
Tempo de recuperação reversa (trr)
1. Bastante significativo em aplicações de chaveamento em alta velocidade: provocam substâncias perdas e
sobrecorrentes
2. O diodo real não passa, em um único instante, do estado de condução para o de não-condução (comutação
abrupta)
3. 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.
4. 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
19CARACTERÍSTICAS DINÂMICAS
Inicialmente S bloqueado
Malha L e D circuito IL em roda livre
20CARACTERÍSTICAS DINÂMICAS
S é fechado→Corrente IL transferida de D para S
Comutação→diodo bloqueia
IL = iS+ iF(constante)
S fechado→corrente If↓
Velocidade de decrescimento depende:
21CARACTERÍSTICAS DINÂMICAS
S fechado→corrente If↓
Velocidade de decrescimento depende:
22CARACTERÍSTICAS DINÂMICAS
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 snnubber RC série em paralelo com o diodo
23CARACTERÍSTICAS DINÂMICAS
Figura 2.10: Formas de onda comportamento dinâmico do diodo
Fonte[1]
24CONCLUSÕES
O tempo de recuperação reversa (trr) e a carga armazenada na junção (Qrr) estão relacionadas diretamente com 
as perdas de comutação
Equações:
diF/dt→estabelecido pelo projetista (depende do circuito)
Qrr (fabricante)→quanto menor, mais rápido é o diodo
25DIODO: ENTRADA EM CONDUÇÃO
Circuito para o estudo da entrada em condução do diodo e formas de onda durante a comutação (entrada em 
condução)
Figura 2.11: Formas de onda comportamento dinâmico do diodo – entrada na condução
Fonte[1]
26DIODO: PARÂMENTROS
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 variaçãoda resistência do diodo durante entrada em condução
Em conversores comutados pela linha, as perdas de comutação podem ser desconsideradas
27CLASSIFICAÇÃO QUANTO TEMPO DE RECUPERAÇÃO
DIODOS LENTOS (standard-recovery)→trr> 1 μs
Line: frequency diodes:operação em baixa frequência, geralmente menor que 1kHz
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
Aplicação em fontes chaveadas
Pode-se reduzir o circuito snubber de proteção
28DEMAIS 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 ou diante de um defeito do circuito
Proteções
Sobretensão
Sobrecorrente
Transitórios – circuito snubber
29EXEMPLO DE DIODOS (Lentos)
30EXEMPLO DE DIODOS (Ultrafast)
31EXEMPLO DE DIODOS (Ultrafast)
32DIODO 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
33REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1]. BARBI, Ivo. Eletrônica de Potência - Editora UFSC, série didática, 7º ed, Edição do Autor, Florianópolis 2013.
[2] HART , Daniel W., Eletrônica de Potência: Análise e Projetos de Circuitos. Editora McGraw-Hill Brasil 2012.
[3] AHMED, Ashfaq. Eletrônica Potência. São Paulo, Prentice Hall, 2000.
[4] ARRABAÇA, DEVAIR APARECIDO. Eletrônica de Potência - Conversores de Energia CA/CC - Teoria, Prática e
Simulação Editora: Erica, 2011.
[5] MARTINHO, Edson. Distúrbios da Energia Elétrica. Editora: Erica, 2009.
[6] BARBI, Ivo. Projeto de Fontes chaveadas. Editora UFSC, série didática, 2º ed, Edição do Autor, Florianópolis, 2012.
[7] BARBI, Ivo. Conversores CC-CC Básicos Não-Isolados. Editora UFSC, série didática, 4º ed, Edição do Autor, Florianópolis
2013.
[8] MARTINS. Denizar Cruz. Introdução ao Estudo dos Conversores CC-CA. Edição do Autor, Florianópolis 2013.
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EDERSON ZANCHET
Mestrando em Engenharia Elétrica e Informática Industrial - UTFPR
Engenheiro de Controle e Automação - FAG
Departamento de Engenharia – FAG
Docente disciplina de Eletrônica Industrial e de Potência
ederson.zt@gmail.com
ezanchet@fag.edu.br