Aula01SemicondutoresdePotencia2_20190225215941

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Eletrônica de Potência: 
Semicondutores de Potência
• Nesta aula, faremos
uma breve discussão
sobre os seguintes
semicondutores:
 Diodo
 Tiristor
 BJT
 MOSFET
 IGBT
Dispositivos Semicondutores
Diodo
 
• Feitos de junção P-N, têm a condução 
de corrente em uma única direção.
• Diodos de potência são retificadores 
de potência não controláveis.
• São usados em diversas aplicações 
como, carregadores baterias, fonte 
de alimentação e muitas outras.
• São usados também para efeito de 
condução reversa e “roda-livre” em 
outros semicondutores de potência.
 
• Abaixo é mostrado o símbolo do diodo e sua curva VxI.
Diodo
 
• Quando polarizado diretamente, conduz e possui uma 
pequena queda de tensão sobre ele (da ordem de 1V).
• Se polarizado em reverso somente uma pequena corrente 
flui e o diodo está em corte. Se aplicada uma elevada 
tensão reversa, ocorre o efeito avalanche, e o dispositivo 
entra em condução e é destruído.
• Em razão da pequena corrente que flui em sentido reverso 
e da pequena tensão no estado de condução, comparadas 
com a tensão e com a corrente de operação do circuito no 
qual o diodo está inserido, a característica i-v do diodo pode 
ser idealizada.
Diodo
Diodo
Esse comportamento pode ser utilizado para analisar alguma 
topologia de conversor mas não para projetos.
 
• O desligamento de um diodo é também uma característica 
importante a ser levada em consideração em um projeto.
• Em condução, a queda 
de tensão é pequena.
• Nestas condições, a 
junção PN está saturada 
de cargas portadoras 
minoritárias.
• Se o dispositivo for 
polarizado em reverso, 
leva um tempo até a 
remoção dessas cargas, 
conhecido como tempo 
de recuperação reversa.
Diodo
 
• Diodo Schottky: possui tensão de condução reduzida (0,3V) 
comparado aos outros, porém, bloqueia pequenos níveis de 
tensão (50 – 100V). Apresenta t
rr
 muito pequenos (10ns)
• Diodo ultra rápido: são comuns em circuitos de alta 
frequência, e com tensões superiores (porém com acréscimo 
do t
rr
).
• Diodos de potência: são mais comuns as aplicações de 
60/50Hz, em que um tempo de recuperação reversa não 
precisa ser curto. Bloqueiam elevadas tensões e suportam 
elevadas correntes.
Diodo
 
• Tiristores ou SCRs são dispositivos mais robustos com grande 
aplicação em indústrias.
• Pode-se dizer que a era moderna da eletrônica de potência 
teve início com a introdução deste dispositivo, por volta de 
1950.
• Semelhante ao diodo, porém possui possibilidade de 
controle.
Tiristor
 
• O símbolo do tiristor é semelhante a um diodo, mas com a 
adição de um terminal a mais, o gate.
• Este terminal permite controlar o momento de entrada deste 
dispositivo em condução.
Tiristor
 
• O dispositivo bloqueia tensão em ambas as polarizações.
• Quando polarizado diretamente, o dispositivo pode ser posto 
em condução por um curto pulso de corrente no gate.
• A queda de tensão em estado ligado é de pequena (1-3V).
• Uma vez em condução, fica conduzindo e a corrente de gate 
pode ser retirada.
• Quando a corrente no anodo tenta ficar negativa, o tiristor 
desliga.
• Em estado reverso, uma corrente desprezível flui no tiristor.
Tiristor
 
Tiristor
Para análises 
em conversores 
podem ser 
consideradas as 
características 
idealizadas.
 
Tiristor
Em aplicações como a do circuito abaixo, o controle pode 
ser exercido durante meio ciclo da fonte de tensão.
Quando a corrente se inverter, o tiristor ideal teria sua 
corrente indo imediatamente para zero.
Tiristor
Como ilustrado na forma de 
onda, a corrente no tiristor se 
inverte antes de zerar. 
Onde trr é o tempo de 
recuperação reversa e tq é o 
intervalo turn-off.
Somente depois deste tempo 
o dispositivo é capaz de 
bloquear a tensão reversa 
sem ligar. 
 
• Quando colocado em condução, o gate perde a capacidade 
de controle.
• Um tiristor também pode ser colocado em condução 
aplicando uma elevada tensão no anodo. Desta forma, 
surgiria um elevado dv/dt entre o anodo e o catodo o que 
colocaria em condução o dispositivo.
• Para ser desligado em circutos CC, deve-se oferecer um 
caminho alternativo para a corrente, enquanto se aplica uma 
tensão reversa sobre o SCR.
Tiristor
 
• Ao se aplicar tensão em um tiristor, deve se garantir, que o 
dv/dt não ultrapasse um certo limite, caso contrário, ocorrerão 
falsos disparos.
• Para evitar falsos disparos, são utilizados circuitos chamados 
snubbers.
Tiristor
 
• Os transistores são chaves estáticas unidirecionais 
controláveis capazes de conduzir elevadas correntes e 
bloquear tensões quando diretamente polarizados.
• A tensão direta de condução, entre coletor e emissor, é 
controlada por uma corrente no terminal da base.
• Quanto maior a corrente na base, maior a corrente entre 
coletor e emissor e menor a queda de tensão no dispositivo.
Transistor Bipolar de Junção (BJT)
 
1 – 2V
Coletor
Emissor
Base
Transistor Bipolar de Junção (BJT)
Para saturar o transistor bipolar é necessário uma corrente que 
passe pela junção base-emissor que induz o fluxo de corrente 
entre coletor-emissor.
Para que o transistor fique em estado de corte é necessário 
diminuir a corrente base-emissor até que a tensão entre coletor e 
emissor se aproxime do valor da tensão na fonte. 
 
• Diferente dos tiristores, os transistores necessitam de 
corrente na base durante todo o tempo em que se deseja 
acioná-lo.
• A vantagem é que é possível controlar o desligamento do 
dispositivo.
• Quando o transistor funciona como chave, opera na região de 
saturação ou corte e em nenhum outro lugar da reta de 
carga. 
• A queda de tensão em estado ligado é usualmente de 1-2V. 
Transistor Bipolar de Junção (BJT)
 
• O Mosfet tem um comportamento equivalente ao do 
transistor, no entanto, o acionamento é feito por uma tensão 
aplicada entre Gate e Fonte.
• Para que um mosfet continue ligado, é necessário que seja 
mantida tensão no terminal do gate dentro dos limites 
especificados.
• Nenhuma corrente é drenada pelo gate, exceto nas transições.
• Em relação ao chaveamento, possui maior rapidez (dezenas de 
nanosegundos) que o BJT (centenas de nanosegundos).
Mosfet
 
• Abaixo o símbolo e as curvas VxI típicas do mosfet.
Dreno
Gate
Fonte
Mosfet
Para que o Mosfet opere como chave fechada, uma tensão VGS 
adequada deve ser aplicada.
Para que bloqueie a condução esta tensão deve ser inferior ao 
limite mínimo especificado.
 
• O IGBT é comandado por tensão e apresenta menores perdas 
em seu circuito de comando. 
• Tem tensão de condução reduzida, como os BJTs, mesmo com 
tensões de bloqueio elevadas, em torno de 2 – 3V para 
bloqueio de 1000V, por exemplo.
• Pode bloquear elevadas tensões reversas. 
• Quando utilizados em inversores de frequência, normalmente 
a carga que é ligada e desligada é indutiva. Com isso podem 
aparecer tensões inversas elevadas, contra as quais os 
dispositivo deve ser protegido. Essa proteção é feita por 
diodos ligados ao coletor e ao emissor.
IGBT
 
+
-
IGBT
Símbolos e curvas 
características dos 
IGBTs
 
IGBT
Aplicação típica:
Escolha do dispositivo
Escolher um dipositivo semicondutor para uma determinada 
aplicação ou projeto é um processo minucioso e complexo que deve 
ter como premissas os seguintes requisitos:
- Níveis de tensão e correntes;
- Complexidade do circuito de comando dos dispositivos, seu custo 
e consumo de energia;
- Frequência com que o dispositivo irá trabalhar e perdas 
associadas;
- Custo do conversor.
A seleção do dispositivo deve garantir uma junção adequada entre 
as capacidades do dispositivo e os requisitos do conversor.Referências Bibliográficas
N. Mohan, T. M. Undeland e W. P. Robbins, POWER 
ELECTRONICS: Converters
Aplications and Design, John Wiley & Sons. New York.
POMILIO, José Antenor. Módulo 4: CARACTERIZAÇÃO DE 
SEMICONDUTORES RÁPIDOS DE POTÊNCIA: DIODOS, 
TRANSISTOR BOPOLAR, MOSFET E IGBT. Unicamp.
CORRADI, Junior. ELETRÔNICA DE POTÊNCIA. 
www.corradi.junior.com.br
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