Característica da Indutância e Chaveamento do Diodo de Potência

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LABORATÓRIO DE ELETRÔNICA DE 
POTÊNCIA 
 
 
 
 
 
 
 
 
PRÁTICA: CARACTERÍSTICA DA INDUTÂNCIA E CHAVEA- 
MENTO DO DIODO DE POTÊNCIA 
 
 
 
 
 
 
 
Discente: Andressa Oliveira Rodrigues 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fortaleza, 14 de Setembro de 2017
CARACTERÍSTICA DA INDUTÂNCIA E CHAVEAMENTO DO DIODO DE 
POTÊNCIA 
 
1.1 OBJETIVOS 
 
Entender o efeito da indutância no circuito com e sem a presença do diodo de potência. 
 
1.2 CIRCUITOS MONTADOS E LISTAGEM DE MATERIAL USADO 
 
2 Fontes de alimentação CC; 
Controlador de PWM SG3525; 
Diodo 1N4007; 
Diodo de silício 30EPH06; 
MOSFET IRF740; 
Osciloscópio; 
Placa do circuito; 
Resistores diversos. 
 
1.3 PRÉ-LABORATÓRIO 
 
Explique o gráfico mostrado na Figura 1, o qual ilustra o comportamento típico da corrente e 
tensão sobre um diodo de potência durante o intervalo de recuperação reversa. 
 
Figura 1 – Característica típica do desligamento de um diodo de potência 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: [2]. 
 
Quando ocorre mudanças abruptas de tensão, o diodo não passa para o estado de polarização 
reversa instantaneamente, pois os portadores minoritários requerem certo tempo para 
recombinar com as cargas opostas e ser neutralizados O diodo passa a conduzir em sentido 
reverso, logo conduz corrente no sentido inverso, a corrente reversa. Após um determinado 
tempo o diodo passa a não conduzir, esse tempo para a comutação do estado de condução para 
o de não condução é chamado tempo de recuperação reversa. O tempo de recuperação reversa 
provoca os picos negativos mostrados na Figura 1. 
 
1.4 RESULTADOS DE SIMULAÇÃO E EXPERIMENTAIS 
 
O experimento foi realizado conforme os tópicos do roteiro mencionado nas referências deste 
relatório. 
 
 
1. Considerou-se o circuito de comando mostrado na Figura 2 (placa experimental do 3525). 
Identificou-se o resistor de ajuste do ciclo de trabalho (Rx) e o resistor do ajuste de frequência 
(R1), com os seguintes valores: Rx = 3,9 kΩ e R1 = 10 kΩ. 
 
Figura 2 – Circuitos experimentais 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: [2]. 
 
2. Foi realizada a conexão dos componentes do circuito de potência, mas não se conectou o 
diodo D1. 
3. Ajustou-se a fonte auxiliar que alimenta o circuito de comando em 18 V e testou-se o circuito 
de comando verificando o sinal no gate do MOSFET. 
Figura 3 – Tensão VGS para teste 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Autor próprio. 
4. Ajustou-se a fonte principal (fonte do estágio de potência - Vp) em 3 V e energizou-se o 
circuito de potência. Observou-se a forma de onda entre os terminais Dreno e Source do 
MOSFET. Com apenas 3 V, qual o valor de pico da tensão gerada pelo indutor? Vpk = 304V. 
Justifique o comportamento da forma de tensão obtida. 
 
Figura 4 – Tensão VGS com o circuito de potência 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Autor próprio. 
 
Figura 5 – Tensão VDS com o circuito de potência 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Autor próprio. 
 
 
 
O MOSFET atua como chave no circuito, quando está conduzindo, tem-se a circulação de 
corrente pelo indutor. No momento ao qual o MOSFET entra em corte a circulação de corrente 
pelo circuito é interrompida, esse efeito na indutância é observado pela relação de tensão no 
indutor 𝑉𝐿 = 𝐿 
𝑑𝑖
𝑑𝑡
 . Tem-se que a tensão tende a valores de pico pela variação da corrente 
conforme ilustrado na Figura 5. O indutor também passa a fornecer energia ao circuito com 
polaridade inversa a fonte, o que também explica o formato de onda gerado. Por conta deste 
comportamento do indutor não é recomendado que o mesmo sofra mudanças instantâneas de 
corrente. 
 
5. Mudou-se a configuração dos resistores de ciclo de trabalho e frequência para: Rx = 10 k e 
R1 = 330 . 
 
6. Conectou-se um diodo (D1) 1N4007 em série com um resistor de 2,2 , conforme indicado 
na Figura 2. Ajustou-se a fonte de potência em 4,0 V. Observou-se e registrou-se as formas de 
onda de tensão e corrente no diodo. Mediu-se e anotou-se os parâmetros indicados em uma 
tabela de resultados. 
 
Figura 6 – Forma de onda de tensão VF 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Autor próprio. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 7 – Forma de onda de tensão sobre o resistor de 2,2 Ω 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Autor próprio. 
 
 
Figura 8 – Medição do tempo de recuperação reversa 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Autor próprio. 
 
7. Conectou-se um diodo (D1) 30EPH06 em série com um resistor de 2,2 , conforme indicado 
na Figura 2. Ajustou-se a fonte de potência em 4,0 V. Observou-se e registrou-se as formas de 
onda de tensão e corrente no diodo. Mediu-se e anotou-se os parâmetros indicados em uma 
tabela de resultados. 
Figura 9 – Forma de onda de tensão VF para o diodo ultrarrápido 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Autor próprio. 
 
 
 
Figura 10 – Forma de onda de tensão sobre o resistor de 2,2 Ω para o diodo ultrarrápido 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Autor próprio. 
 
 
 
 
 
Figura 11 – Medição do tempo de recuperação reversa para o diodo ultrarrápido 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Autor próprio. 
 
Com as devidas medições, preencheu-se a tabela abaixo: 
 
Tabela 1- Resultados 
Diodo If Vf Trr Irpk 
1N4007 0,60 A 1,32 V 15,60 µs -1,03 A 
30EPH06 0,43 A 0,96 V 312,00 ns - 0,47 A 
Fonte: Autor próprio. 
 
1.5 QUESTIONAMENTOS 
 
 
a. Justifique os picos de tensão obtidos no item 4 do experimento. Quais possíveis fatores 
limitam o pico de tensão gerados pelo indutor? 
 
Como mencionado no Item 4 deste relatório a tensão nos terminais do indutor tendem a valores 
de pico, podendo levar a destruição dos componentes. Sabendo que a tensão elevada no indutor 
é gerada por uma mudança rápida de corrente uma solução para o problema de sobre tensão 
seria a alocação de um diodo para a passagem de corrente. 
 
b. Comente detalhadamente as formas de onda (tensão sobre o indutor, corrente e tensão sobre 
o diodo) observadas nos itens 4,5 e 6 do experimento. Mostre claramente o intervalo de 
recuperação reversa dos diodos. 
 
A tensão sobre o indutor é ilustrada na Figura 5 e foi debatida no Item 4, bem como, no Item a 
do questionário. A Figura 6 apresenta a tensão sobre o diodo 1N4007, o diodo é polarizado 
diretamente quando a chave (MOSFET) se encontra aberta e, por conseguinte, tem-se a tensão 
de polarização. O diodo é reversamente polarizado quando a chave se encontra fechada e a 
tensão se iguala a da fonte com polaridade inversa. A forma da onda de corrente é ilustrada pela 
Figura 7, contudo os valores devem ser divididos por 2,2 Ω já que se trata da tensão sobre o 
resistor. Podemos observar que a forma da onda de corrente passa por valores positivos e 
negativos, o tempo de recuperação reversa mede a duração da transição da corrente de negativa 
para positiva, como ilustra a Figura 8 com a medição do tempo de recuperação reversa na 
mesma onda.Como se trata de um diodo comum o tempo de recuperação permite a circulação 
de uma corrente reversa. O formato da onda de tensão da Figura 9 para o diodo ultrarrápido é 
semelhante ao do diodo lento, contudo o tempo de recuperação reversa rápido acarreta na 
distorção da onda de tensão. Na forma da onda de corrente ilustrada na Figura 10 observou-se 
a diminuição do tempo de recuperação reversa. 
 
c. Compare a queda de tensão direta sobre os diodos ensaiados e trace comentários. 
 
Os valores obtidos foram de 1,32 V para o diodo 1N4007 e 0,96 V para o diodo 30EPH06, 
pode-se concluir então que além de um tempo de recuperação reversa menor o diodo 
ultrarrápido ainda possui menor valor para a queda de tensão. 
 
1.6 CONCLUSÕES 
 
Com o experimento pode-se constatar a teoria vista em sala. Pode-se constatar as tensões 
elevadas produzidas pelo efeito da indutância que pode ocasionar a perda de componentes dos 
circuitos. A alocação de um diodo em série com o indutor se mostrou como uma excelente 
solução para o efeito de sobre tensão já que este fornece um caminho para que a corrente flua 
e, por conseguinte, o descarregamento da energia armazenada no campo do indutor. E, pode-se 
concluir que a escolha de um diodo comum ou ultrarrápido fica a critério da aplicação. O diodo 
ultrarrápido teria melhor performance em aplicações de chaveamento em alta velocidade, 
quando a aplicação não requer altas frequências pode ser utilizado um diodo comum sem que 
ocorra perdas de desempenho. 
 
 
 
1.7 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
 
[1] International Ior Rectifier Diodo 30EPH06 Datasheet, 
“http://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/83472/IRF/30EPH06.html”. Acesso em 12 
de Setembro de 2017 às 19:17. 
 
[2] Roteiro de práticas, Prática 03 - Característica da indutância e chaveamento do diodo de 
potência.