A maior rede de estudos do Brasil

Grátis
235 pág.
O Transistor IGBT aplicado em eletronica de potencia

Pré-visualização | Página 2 de 48

DA CORRENTE ...................................................................................... 49 
8.4 - MÁXIMA CORRENTE NOS IGBTs EM PARALELO.......................... 49 
8.5 - SUGESTÕES PARA LIGAÇÃO EM PARALELO DE IGBTs .............. 51 
8.6 - NOVA TÉCNICA DE PARALELISMO ................................................. 54 
_____________________________________________________________________________ 
INEP - Instituto de Eletrônica de Potência - EEL - CTC - UFSC 
O Interruptor IGBT 
_____________________________________________________________________________ 
6 
9 - PROTEÇÃO DE INTERRUPTORES IGBTs APLICADOS EM INVERSORES
...................................................................................................................................... 57 
9.1 - INTRODUÇÃO ........................................................................................ 57 
9.2 - PRINCIPAIS CAUSAS DE SOBRECORRENTES NOS IGBTs............ 57 
9.3 - COMPORTAMENTO DO IGBT EM CURTO-CIRCUITO.................... 60 
9.4 - PROTEÇÃO DE SOBRECORRENTE POR CURTO-CIRCUITO......... 61 
9.4.1 - MÉTODO DE DETECÇÃO DIRETA ....................................... 62 
9.4.2 - MÉTODO DE DETECÇÃO INDIRETA................................... 64 
9.5 - PROTEÇÃO DE SOBRETENSÃO.......................................................... 64 
9.6 - OUTROS CIRCUITOS DE PROTEÇÃO ................................................ 67 
10 - CIRCUITOS DE COMANDO DE GATE PARA IGBTs................................ 68 
10.1 - INTRODUÇÃO ...................................................................................... 68 
10.2 - PERDAS E ESFORÇOS EM RELAÇÃO AO CIRCUITO DE COMANDO
...................................................................................................................................... 68 
10.3 - REQUERIMENTO DE CIRCUITOS DE COMANDO DE 
 GATE ISOLADOS ................................................................................ 71 
10.4 - EXEMPLOS DE CIRCUITOS DE COMANDO ISOLADOS............... 73 
11 - REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .............................................................. 101 
 
 
_____________________________________________________________________________ 
INEP - Instituto de Eletrônica de Potência - EEL - CTC - UFSC 
Capítulo 1 - Estrutura Física e Princípio de Operação do IGBT 1 
_______________________________________________________________________________ 
_______________________________________________________________________________ 
CAPÍTULO 1 
ESTRUTURA FÍSICA E PRINCÍPIO 
DE OPERAÇÃO DO IGBT 
 
1.1 - INTRODUÇÃO 
Desde que se desenvolvio o primeiro tiristor retificador controlado 
de silicio (SCR) a fines de 1957, tem surgido grandes adiantos 
posteriormente no desenvolvimento de dispositivos semicondutores de 
potência. Até 1970, os tiristores convencionais foram utilizados de 
maneira exclusiva para o controle da energia elétrica em aplicações 
industriais. Apartir de 1970, foram desenvolvidos os semicondutores 
totalmente controlados de potência (na entrada em condução e no 
bloqueio) para seu aplicação no desenvolvimento de conversores. Entre 
os príncipais dispositivos não controlados, e controlados estão: os diodos 
de potência, os tiristores, os transistores bipolares (BJTs), os transistores 
IGBTs e os transistores de indução estáticos. Dentro da família dos 
tiristores, os mais conocidos comercialmente são: os tiristores 
retificadores controlados de silicio (SCR), tiristores bloqueados por gate 
(GTO), tiristores de indução estático (SITH) e tiristores controlados por 
MOS (MCT) [53]. 
O IGBT foi comercialmente disponivel na década do 80 com a primeira 
geração. Actualmente, tem-se disponiveis dispositivos de segunda e 
terceira geração com características muito superiores à primeira geração 
em termos de rapidez de comutação e menores perdas (perdas de 
condução e comutação). Dentro da terceira geração ja existem fabricantes 
desenvolvendo dispositivos inteligentes que contêm os circuitos de 
comando e proteção dentro do mesmo involucro do dispositivo IGBT 
[45], [52]. A evolução das gerações de cada fabricante ocorre de uma 
maneira similar como é mostrado no exemplo da Fig. 1.1 que pertenece à 
Fuji [14]. Observando as curvas da Fig. 1.1, é possível dizer que com a 
evolução os dispositivos tem-se menores perdas de condução devido à 
INEP - Instituto de Eletrônica de Potência - EEL - CTC - UFSC 
Capítulo 1 - Estrutura Física e Princípio de Operação do IGBT 2 
_______________________________________________________________________________ 
_______________________________________________________________________________ 
diminuição da queda de tensão en estado de condução VCEsat e maior 
rapidez de comutação. 
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5
0
0,5
1
3
1,5
2
2,5
3,5
VCEsat
0,6
t [ s]
0,7 0,8 0,9 1,0
μf
[V] 4
4,5
primeira geração
segunda geração
terceira geração
quarta geração
 
Fig. 1.1 - Curvas de Evolução das Gerações da Fuji. 
1.2 - CARACTERÍSTICAS DO IGBT EM RELAÇÃO AOS 
TRANSISTORES BIPOLAR E MOSFET 
Antes do desenvolvimento dos MOSFETs de potência, o único 
interruptor estático disponível para aplicações em altas freqüências (5 a 
20kHz) e médias potências era o transistor bipolar de potência. A 
tecnologia deste interruptor evoluiu bastante, permitindo a fabricação de 
dispositivos com capacidade de suportar corrente de coletor de centenas 
de amperes e tensões de bloqueio de até 800V [1]. Apesar de permitir a 
manipulação de potências consideráveis estes dispositivos apresentam 
algumas desvantagens em sua característica de operação, tais como: 
• O transistor bipolar é um dispositivo controlado por corrente de 
base. A corrente de base típica quando opera como interruptor de 
potência é en torno de 10% a 15% da corrente de coletor. A corrente de 
base reversa, aplicada para permitir um bloqueio rápido, também é 
elevada. Estas características fazem com que o circuito de comando seja 
complexo e caro [1]; 
INEP - Instituto de Eletrônica de Potência - EEL - CTC - UFSC 
Capítulo 1 - Estrutura Física e Princípio de Operação do IGBT 3 
_______________________________________________________________________________ 
_______________________________________________________________________________ 
• Neste interruptor ocorre o aparecimento de pontos sobre-
aquecidos por aplicação simultânea de valores de tensão coletor-emissor 
e corrente de coletor elevadas, quando opera com carga indutiva (falha de 
segunda avalanche). Este tipo de falha é destrutiva para este dispositivo 
[6]; 
• O dispositivo apresenta coeficiente de temperatura de tensão de 
saturação (VCEsat) negativo. Este coeficiente indica que a tensão de 
saturação (VCEsat) reduz quando a temperatura de junção aumenta, sendo 
um fenômeno indesejável para realizar o paralelismo, por provocar 
desequilibrios na distribuição de correntes. 
Posteriormente, o MOSFET de potência foi desenvolvido para 
minimizar as limitações do desempenho do transistor bipolar de potência 
[1]. Este dispositivo é um interruptor com características de controle por 
sinal de tensão aplicado entre gate-emissor (VGE). A corrente de gate 
necessária para carregar e descarregar a capacitância de entrada durante 
as comutações (entrada em condução e bloqueio) é bem baixa, 
diminuindo consideravelmente a complexidade do circuito de comando e 
reduzindo o custo. A impedância de entrada do MOSFET de potência é 
elevada, motivo pelo qual a corrente de gate é pequena em freqüências de 
operação típicas (centenas de quilohertz). 
No MOSFET não são observados retardos, que são resultado do 
tempo de estocagem ou recombinação de portadores minoritários durante 
o bloqueio. Em relação ao transistor bipolar, apresenta menores tempos 
de comutação. Esta característica é particularmente atraente em 
operações de circuitos de alta freqüência, onde as perdas por comutação 
são dominantes. 
Os MOSFETs de potência têm uma excelente área de operação 
segura (SOA)

Crie agora seu perfil grátis para visualizar sem restrições.