eletrônica potencia
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Eletrônica de potência
Interrelacionamento
Eletrônica de Potência
Cálculos de potência
Convenção passiva dos sinais
Potência
absorvida
p(t)>0
Potência
fornecida
p(t)<0
Energia e potência média
Energia
Potência média, real ou ativa
É a integral da potência instantânea em um intervalo de tempo.
É o valor médio da potência sobre um ou mais períodos.
Exercício de fixação
Potência e energia
A tensão e a corrente coerentes com a convenção passiva dos sinais, para um dispositivo, podem ser vistos na figura a seguir.
Determinar a potência instantânea p(t) absorvida pelo dispositivo.
Determinar a energia absorvida pelo dispositivo em um período.
Determinar a potência média absorvida pelo dispositivo.
Exercício de fixação
Potência e energia
Eletrônica de Potência
Componentes de potência
Família de diodos
Diodo de junção P-N
É a chave eletrônica mais simples
Estados determinados por tensões e correntes do circuito
Não podem ser controlados
Equação de Schockley
ID \u2013 corrente através do diodo.
VD \u2013 tensão do diodo, com o anodo positivo em relação ao catodo.
IS \u2013 corrente de fuga ou de saturação reversa (de 10\u20136 a 10\u201314 A).
n \u2013 coeficiente de emissão ou fator de idealidade (empírico, de 1 a 2), que depende do tipo de material e da construção física do diodo.
Família de diodos
Diodo de junção P-N
VT \u2013 tensão térmica = kT/q.
k \u2013 constante de Boltzmann = 1,3806 x 10\u201323 J/K.
T \u2013 temperatura absoluta em kelvin.
q \u2013 carga do elétron = 1, 602 x 10\u201319 C.
Equação de Schockley
Família de diodos
Diodo de junção P-N
Regiões das curvas características
VD > 0 \u2013 região de polarização direta.
VD < 0 \u2013 região de polarização reversa.
VD < \u2013 VZK \u2013 região de ruptura reversa.
Família de diodos
Diodo de junção P-N
Região de polarização direta
VD > 0.
ID muito pequena se VD < VTD.
VTD \u2013 tensão limiar para condução plena (ex.: 0,7 V para diodo de silício).
Família de diodos
Diodo de junção P-N
Região de polarização reversa
VD < 0.
Se abs(VT) >> VTD, o termo da exponencial da equação de Schockley torna-se muito pequeno. Logo, ID = - IS, ou seja, no sentido inverso.
VTD \u2013 tensão limiar para condução plena (ex.: 0,7 V para diodo de silício). 
Família de diodos
Diodo de junção P-N
Ocorre com tensão inversa (VBR) muito alta, geralmente acima de 1000 V.
A tensão acima não será destrutiva se a potência dissipada estiver dentro de níveis seguros.
Ainda assim, é recomendável limitar a corrente para evitar dissipação excessiva. 
Região de polarização reversa
Família de diodos
Diodo de junção P-N
Exercício de fixação
A queda de tensão direta de um diodo de potência é VD = 1,2 V e ID = 300 A. Supondo que n = 2 e VT = 25,8 mV, determinar a corrente de saturação.
Resposta: Aplicação direta da equação de Schockley. IS = 2,38 x 10\u20138 A.
Em seguida, elaborar um programa em MATLAB para validar o resultado.
Junção P-N substituída por uma barreira de metal-silício
Entram em condução e corte mais rapidamente em relação ao diodo comum
Família de diodos
Diodo Schottky
Família de Tiristores
SCR (Silicon Controlled Rectifier)
Retificador Controlado de Silício
Para que a condução se inicie deve haver um pulso de tensão na Porta, que pode ser retirado em seguida.
A condução prossegue mesmo sem o pulso.
Vantagens
Maior área de silício por kVA
Pode operar com tensões e correntes elevadas
Desvantagem
Não pode ser desligado pela Porta
Família de Tiristores
SCR (Silicon Controlled Rectifier)
Triodo para corrente alternada.
Conduz em ambos os sentidos, com tensões de disparos positivas ou negativas.
Equivale a dois SCR em paralelo, em oposição.
Família de Tiristores
TRIAC (TRIode for Alternating Current)
Vantagens e desvantagens
Por se tratarem de dois que conduzem nos dois sentidos, suas vantagens e desvantagens são equivalentes às de um diodo de junção PN.
Família de Tiristores
TRIAC (TRIode for Alternating Current)
Tiristor com Desligamento pela Porta
A condução pode ser bloqueada com um pulso de polaridade oposta à que foi utilizada na condução.
Família de Tiristores
GTO (Gate Turn-Off)
Vantagens
Maior área de silício por kVA.
Pode operar com tensões muito elevadas.
Desvantagens
Circuito de Porta complexo.
Apresenta perdas de comutação.
Exige uso de \u201csnubbers\u201d (dispositivos que reduzem as velocidades de subida de corrente e tensão).
Família de Tiristores
GTO (Gate Turn-Off)
Transistor de junção bipolar.
Seu estado é controlado pela corrente de base.
A configuração Darlington permite que o acionamento seja feito por uma corrente de base menor.
Família de Transistores
BJT (Bipolar Junction Transistor)
Família de Transistores
BJT (Bipolar Junction Transistor)
Vantagens
São baratos
Podem fornecer potência elevada a baixo custo
Desvantagem
Fragilidade: quando operam com alta tensão e alta corrente os transistores, podem queimar com facilidade
Desequilíbrios no circuito podem causar aquecimento excessivo e queima
Transistor de efeito de campo de semicondutor com óxido metálico.
Seu estado é controlado pela tensão Porta/Fonte.
Quando ligado, a variação de tensão Dreno/Fonte é proporcional à corrente de Dreno (equivale a uma resistência).
Família de Transistores
MOSFET (Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)
Família de Transistores
MOSFET (Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)
Vantagens
Fácil de controlar
Boa velocidade
Baixo custo
Saída linear
Desvantagem
Alto custo por kVA para tensões acima de 300 V
Transistor bipolar com porta isolada.
Circuito de acionamento semelhante ao do MOSFET.
No estado ligado é semelhante ao BJT.
Família de Transistores
IGBT (Isolated Gate Bipolar Transistor)
Família de Transistores
IGBT (Isolated Gate Bipolar Transistor)
Vantagens
Maior área de silício por kVA
Fácil de controlar
Não precisa de redutores de velocidade de subida (\u201csnubber\u201d)
Desvantagens
Apresenta perdas de condução
Dificuldade de operação acima de 50 kHz
Tiristor controlado por MOS (Metal-Oxide Semiconductor).
Função equivalente ao GTO, mas sem necessidade de corrente elevada para o desligamento.
Possui um SCR com dois MOSFET integrados, um para ligar outro para desligar. Vem substituindo o IGBT.
Família de Tiristores
MCT (MOS Controlled Thyristor)
Família de Tiristores
MCT (MOS Controlled Thyristor)
Vantagens
Podem operar em altas frequências
Admitem potências elevadas
Baixa queda de tensão em polarização direta
Desvantagem
Custo ainda elevado
Provável vida curta devida ao uso do carboneto de silício
Eletrônica de Potência
Conversor Entrada CA \u2013 Saída CC
Diodo retificador
Retificador de meia onda com carga resistiva
Apenas um semiciclo é retificado.
Diodo retificador
Retificador de meia onda \u2013 circuitos equivalentes
Diodo retificador
Retificador de meia onda \u2013 circuitos equivalentes
Formas de onda de tensão e de corrente na carga.
Diodo retificador
Exercício de fixação \u2013 1
Representar matematicamente as funções de tensão e de corrente do diagrama de tensão e de corrente do retificador de meia onda, considerando desprezível a queda de tensão no diodo.
Diodo retificador
Resposta do exercício de fixação \u2013 1 
Diodo retificador
Determinar:
Os valores das componentes contínuas na carga resistiva de um retificador de meia onda, para a tensão e para a corrente.
A potência dissipada pelo diodo.
Exercício de fixação \u2013 2 
Diodo retificador
Respostas do exercício de fixação \u2013 2 
Diodo retificador
Exercício de fixação \u2013 3 
Determinar:
O valor eficaz da corrente.
A potência de saída para a carga.
Diodo retificador
Respostas do exercício de fixação \u2013 3 
Diodo retificador
Exercício de fixação \u2013 4
Determinar:
A eficiência do circuito.
A potência aparente da fonte.
O fator de potência da carga.
Diodo retificador
Respostas do exercício de fixação \u2013 4
Pelo princípio da conservação da energia, visto que a tensão sobre o diodo