CLEITON TRABALHO RESUMO DE TAMIRES.

Prévia do material em texto

TRABALHO DE 
ELETRONICA 
 
 
 
 
 
INSTITUIÇÃO DE ENSINO: CENTRO EDUCACIONAL MAURÍCIO DE NASSAU 
CURSO: ENGENHARIA ELÉTRICA 
PROFESSORA: TAMIRES 
ALUNO: CLEITON MARCIO SANTOS DE JESUS 
 
 
 
 
 
RESUMOS DO CAPÍTULO 1,2 DO LIVRO ELETRÔNICA 
DE POTÊNCIA / AUTOR: MUHAMMAD H. RASHID. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CAPÍTULO 1 
1.1 APLICAÇÕES DA ELETRÔNICA DE POTÊNCIA 
 
A eletrônica de potência tratadas aplicações de dispositivos semicondutores de potência, 
como tiristores e transistores, na conversão e no controle de energia elétrica em níveis altos, 
médios e baixos de potência, apresentando aplicações em sistemas eletrônicos diversos, 
incluindo equipamentos de informática, multimídia, comunicações, nas baixas potências, e 
sistemas industriais de manufatura e produção, nas altas potências. Essa conversão é 
normalmente de AC para DC ou vice-versa, enquanto os parâmetros controlados 
são tensão, corrente e frequência. Portanto, a eletrônica de potência pode ser considerada 
uma tecnologia interdisciplinar que envolve três campos básicos: a potência, a eletrônica e o 
controle. 
 
1.2 HISTÓRIA DA ELETRÔNICA DE POTÊNCIA 
A primeira revolução da eletrônica começou em 1948 com a invenção do transístor de silício, por 
Bardeen, Brattain e Schockley da Bell Telephone Laboratories. A maioria das tecnologias 
da eletrônica avançada de hoje remonta a origem desta invenção. .... Começava uma nova era para 
a eletrônica de potência. 
1.3 DISPOSITIVOS SEMICONDUTORES DE POTÊNCIA 
Os semicondutores de potência são equipamentos que funcionam como chaves, ficam 
bloqueados ou abertos, com condução de energia. Itens dessa linhagem são separados por 
conjuntos segundo o nível de controle e capacidade. Confira mais informações: 
 
Diodos: são dispositivos eletrônicos capazes de fazer o transporte da corrente elétrica em 
apenas um caminho; 
Tiristores: é um dos semicondutores de potência multicamadas, que trabalham em modo de 
chaveamento, sua montagem habitual possui uma armação de pelo menos quatro níveis 
semicondutoras num trecho P-N-P-N, o qual exibe uma reação acionável; 
Transistores: é um dos semicondutores de potência empregado como alargador ou como chave 
de energia elétrica. É formado de elementos semicondutores com no mínimo três 
terminais para ligamento com um circuito externo. Os modelos de transistores 
frequentemente utilizados são MOSFET, NPN e PNP; 
IGBT's: incorpora traços de chaveamento dos transistores bipolares com uma forte capacidade 
de suportar o curso de uma deliberada corrente elétrica promovida pelos MOSFETs. Este 
é um dos modelos de semicondutores de potência que se manifesta com fraca tensão 
de saturação e intensa capacidade de corrente. O IGBT se sobressai por ter 
produtividade grande e ligeira de chaveamento; 
Pontes Retificadoras Monofásicas: um equipamento que tem com sua principal função 
transformar uma corrente elétrica alternada em contínua; 
https://pt.wikipedia.org/wiki/Tiristor
https://pt.wikipedia.org/wiki/Trans%C3%ADstor
https://pt.wikipedia.org/wiki/Energia_el%C3%A9trica
https://pt.wikipedia.org/wiki/Ind%C3%BAstria
https://pt.wikipedia.org/wiki/Corrente_alternada
https://pt.wikipedia.org/wiki/Corrente_cont%C3%ADnua
https://pt.wikipedia.org/wiki/Tens%C3%A3o_el%C3%A9trica
https://pt.wikipedia.org/wiki/Corrente_el%C3%A9trica
https://pt.wikipedia.org/wiki/Tecnologia
https://pt.wikipedia.org/wiki/Eletr%C3%B4nica
Pontes Retificadoras Trifásicas: é um modelo de aparelho usado no interior do meio eletrônico 
em variadas formações de máquinas e utensílios elétricos e eletrônicos. É chamada 
também de ponte conversora de três fases controlada; 
Válvulas Eletrônicas: um mecanismo eletrônico composto por uma cobertura feita de vidro de 
elevado vácuo de nome ampola, a qual possui diversos componentes de metal. 
Circuito Integrado: recebe também o nome de chip, é uma peça eletrônica em miniatura, 
concebido essencialmente por artifícios semicondutores de potência sobre uma base fina 
de matéria-prima semicondutora; 
Medidores de Energia: são aparelhos que serve para calcular o consumo de energia elétrica 
utilizados em um local. São chamados popularmente de relógios de luz. 
 
1.4 CARACTERÍSTICAS DE CONTROLE DOS DISPOSITIVOS DE POTÊNCIA 
 
Desde a invenção do primeiro tiristor de junção PNPN, pelos laboratórios Bell em 1957, 
houve um grande avanço nos dispositivos semicondutores de potência. 
Para serem aplicados em sistemas de elevada potência e substituírem as rudimentares 
válvulas ignitron, phanotron e thyratron, os dispositivos semicondutores devem ser capazes de 
suportar grandes correntes e elevadas tensões reversas em seu chaveamento. Além disso, em 
várias aplicações de eletrônica de potência, há necessidade de uma operação em elevadas 
freqüências de chaveamento dos dispositivos semicondutores, como, por exemplo, os inversores 
de tensão, necessários para a construção de filtros ativos de potência. Dessa forma, os 
dispositivos semicondutores devem possuir baixas perdas de potência durante o chaveamento. 
Os tiristores convencionais foram exclusivamente usados para o controle de potência em aplicações 
industriais. 
Vários tipos de dispositivos semicondutores de potência foram desenvolvidos e se 
tornaram disponíveis comercialmente. Estes dispositivos podem ser amplamente divididos em 
cinco tipos: os diodos de potência, os tiristores, os transistores bipolares de junção de potência, 
os MOSFET’s de potência, os SIT’s (Static Induction Transistor) e os IGBT’s (Insulated Gate 
Bipolar Transistor), assunto desta dissertação. 
Reunindo as características de comutação dos transistores bipolares de potência à 
elevada impedância de entrada dos MOSFET’s, o IGBT se torna cada vez mais popular nos 
circuitos de controle de potência de uso industrial e até mesmo em eletrônica de consumo e 
embarcada. 
Os transistores bipolares de potência possuem características que permitem sua 
utilização no controle de elevadas correntes com muitas vantagens, como baixas perdas no 
estado de condução. No entanto, as suas características de entrada, exigindo correntes elevadas 
de base, já que operam como amplificadores de corrente, trazem certas desvantagens em 
algumas aplicações. 
Por outro lado, os transistores de efeito de campo MOS de potência podem também 
controlar potências elevadas com muitas vantagens pelo fato de exigirem tensão para o disparo, 
pois, embora sejam dispositivos de alta impedância têm como desvantagem uma baixa 
velocidade de comutação devida às capacitâncias de porta (Gate) que aumentam com a 
intensidade de corrente (Largura do canal) que deve ser controlada. No entanto, para baixas 
correntes de condução através do canal, o MOSFET pode operar com elevadas freqüências. 
O IGBT reúne a facilidade de acionamento dos MOSFET’s e sua elevada impedância de entrada 
com as pequenas perdas em condução dos TBP (Transistores Bipolares de Potência). Sua 
velocidade de chaveamento é determinada, a princípio, pelas características mais lentas – as 
quais são devidas às características do TBP. Assim, a velocidade dos IGBT’s é semelhante à 
dos TBP; no entanto, nos últimos anos tem crescido gradativamente, permitindo a sua operação 
em freqüências de dezenas de kHz, nos componentes para correntes na faixa de dezenas e até 
centenas de Ampères. 
Juntando o que há de bom nesses dois tipos de transistores, o IGBT é um componente que se 
torna cada vez mais recomendado para comutação de carga de alta corrente em regime de alta 
velocidade. 
Abaixo, apresentamos um gráfico contendo uma comparação entre os principais dispositivos 
semicondutores de potência quanto às suas características de tensão, corrente e frequência de 
operação. Os IGBT’s possuem uma capacidade de suportar maiores tensões e podem operar 
em mais altas frequências que os transistores bipolares de potência e podem suportar maiores 
tensões e correntes que os MOSFET’s de potência. 
1.5TIPOS DE CIRCUITOS EM ELETRÔNICA DE POTÊNCIA 
1 retificadores: é um dispositivo semicondutor utilizado para converter sinais em corrente 
alternada para corrente contínua, mantendo apenas um semiciclo da onda senoidal que é a 
característica da corrente alternada, daí o seu nome “retificador”. 
2 conversores ca- cc (retificadores controlados) para motor cc: é um dispositivo utilizado para 
converter a energia elétrica distribuída em corrente alternada para corrente contínua. 
3 conversores ca- ca (controlodores de tensão): convertem a tensão alternada da rede de 
energia elétrica em uma tensão alternada com amplitude diferente, podem ser monofásicos, 
trifásicos ou n-fásicos, Bidirecionais. Comandados em baixa ou alta frequência, com ou sem 
correção de fator de potência. Podem ser isolados ou não-isolados, diretos ou indiretos e podem 
alterar amplitude, forma e frequência. 
4 conversores cc-cc (chopper): é um circuito electrónico que converte uma tensão ou corrente 
contínua que tem uma determinada amplitude, em outra tensão ou corrente contínua com outra 
amplitude diferente. 
5 conversores cc-ca (inversores): convertem tensão contínua em tensões alternadas, podem 
ser monofásicos, trifásicos ou n-fásicos, Unidirecionais ou bidirecionais. Comandados em alta 
frequência e Modulação simples ou complexa de Dois níveis ou multiníveis. Podem ser isolados 
ou não-isolados. Operam em condução contínua ou descontínua, são controlados no modo 
tensão ou corrente e Comutação normal ou suave, Inversores de tensão ou corrente com 
aplicações dos conversores CC-CA. 
6 chaves estáticas: são conversores eletrônicos de tensão. Estes circuitos, muito similares a 
uma fonte chaveada (na verdade fazem parte dela), geralmente realizam a conversão aplicando 
tensão contínua pulsada em um indutor ou transformador com determinada frequência/período 
(usualmente na faixa de 100 kHz a 5 MHz ) que faz com que o fluxo de corrente gere energia 
magnética armazenada, que é então aproveitada em uma saída. Ajustando-se o ciclo de 
trabalho, a tensão na saída pode ser alterada, ou preferencialmente, mantida estável, através de 
um controle adequado (realimentação), mesmo que ocorram alterações de carga e corrente. Este 
https://pt.wikipedia.org/wiki/Fonte_chaveada
https://pt.wikipedia.org/wiki/Indutor
https://pt.wikipedia.org/wiki/Transformador
método de conversão é mais eficiente (geralmente 80% a 95%) do que conversores lineares. 
Uma desvantagem de conversores chaveados é o ruído eletrônico gerado a altas frequências, 
que muitas vezes precisam ser filtrados. 
 
1.6 PROJETO DE EQUIPAMENTOS DE ELETRÔNICA DE POTÊNCIA 
São divididos em 4 partes: 
1- Projeto dos circuitos de potência 
2- Proteção dos dispositivos de potência 
3- Determinação da estratégia de controle 
4- Projeto dos circuitos lógico e de controle 
 
CAPÍTULO 2 
DIODOS SEMICONDUTORES DE POTÊNCIA 
2.1 INTRODUÇAO 
O díodo é um componente electrónico fundamental que tem como característica mais 
importante, permitir que a corrente circule apenas num sentido. Quando o díodo está 
polarizado diretamente, conduz e permite circular a corrente. Se está polarizado inversamente 
não permite circular corrente. 
2.2 CURVAS CARACTERÍSTICAS DOS DIODOS 
 A curva característica de um diodo é um gráfico que relaciona cada valor da tensão 
aplicada com a respectiva corrente elétrica que atravessa o diodo.I = I0. (e V/nvt – 1), onde:Vt = 
T/11600 (a temperatura ambiente por conveniencia)N  varia de 1 a 2 para o silício e vale a para 
o germânio. Exemplos de curvas: 
Curvas Ôhmicas: todos os dispositivos que seguem a lei de ohm apresentam curvas 
lineares. A curva resultante da análise de um dispositivo ôhmico será bem aproximada por uma 
reta cuja inclinação é determinada pela resistência elétrica do dispositivo. A curva de um resistor 
ôhmico ideal de 5KΩ é claramente linear e bem modelada pela lei de ohm. Experimentalmente 
essas curvas são obtidas através de sucessivas medidas de corrente/tensão sobre o dispositivo 
com o uso, por exemplo, de um multímetro ou osciloscópio. Uma grande gama de dispositivos e 
materiais tem um comportamento ôhmico e apresentam curvas semelhantes. Fios de cobre e 
alumínio comumente utilizados em interconexões metálicas na montagem de circuitos elétricos 
são modelados por esse tipo de comportamento. Sempre deve-se ter em mente que o 
comportamento elétrico de um dispositivo depende uma enorme gama de fatores e que a curva 
representa de maneira confiável o comportamento elétrico do dispositivo apenas no intervalo de 
corrente/tensão analisados. 
Curvas não ôhmicas: todos os dispositivos que não seguem a lei de ohm são chamados 
de não ôhmicos e as curva resultantes da análise desse tipo de dispositivos podem assumir uma 
grande variedade de formas. Um bom exemplo é a curva de um diodo, claramente não ôhmica 
pois o diodo tem uma dependência não-linear com a tensão aplicada. Seu comportamento é 
https://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Ru%C3%ADdo_eletr%C3%B4nico&action=edit&redlink=1
drasticamente diferente para intervalos variados de tensão aplicada e por isso sua função nos 
circuitos dependem se ele está operando em polarização direta ou inversa. Por permitirem a 
passagem de corrente em apenas um sentido um dos usos mais comuns para diodos é o da 
retificação de sinais e faz do diodo um componente primordial em circuitos retificadores. Outro 
exemplo de grande importância é a curva de um transistor MOSFET, componente básico da 
microeletrônica moderna, é um pouco mais complicada devido a natureza de operação do 
dispositivo envolver 4 terminais: fonte (S), dreno (D), corpo (B) e gate (G). Normalmente ela é 
representada como na figura abaixo, em que no eixo horizontal temos a tensão Vds (dreno-fonte) 
e no eixo vertical a corrente de dreno. Cada uma das curvas é referente a operação do dispositivo 
para diferentes valores da diferença entre a Vgs (gate-fonte) e a Vth (tensão de corte). Por 
apresentar um comportamento aproximadamente ôhmico na região linear com inclinações 
diferentes para valores diferentes de Vgs e Vth pode-se utilizar um MOSFET como uma 
resistência controlada por tensão. 
2.3 CURVAS CARACTERÍSTICAS DA RECUPERAÇÃO REVERSA 
Diodo polarizado diretamente: Corrente devida aos portadores minoritários injetados em ambos 
Os lados da junção 
Ao se reverter a polarização: As regiões devem ser descarregadas de seus portadores 
Minoritários (isso leva um certo tempo) → Tempo de recuperação Reversa 
2.4 TIPOS DE DIODO DE POTÊNCIA 
2.4.1-Diodos genéricos: 
 •usados em retificadores e conversores de baixa frequência (até 1kHz) 
 • trr da ordem de 25µs 
 • Correntes de 1A a milhares de amperes e tensão reversa de 50V a 5kV 
2.4.2-Diodos de recuperação rápida: 
 • trr baixo, da ordem de 5µs 
 • Corrente de 1A a centenas de amperes e tensão reversa de 50V a 3kV. 
2.4.3-Diodos schttky: 
 • com junção metal-semicondutor 
 • Corrente devido a portadores majoritários 
 • tem apenas um efeito capacitivo próprio 
 • Queda de tensão no sentido direto pequena 
 • Maior corrente de fuga 
 • Tensão reversa até 100V e correntes de 1 a 300A 
2.5 EFEITOS DOS TEMPOS DE RECUPERAÇÃO DIRETO E REVERSO 
REVERSO: Se um diodo estiver conduzindo em uma condição de avanço e imediatamente 
mudado para uma condição reversa, o diodo será conduzido em uma condição reversa por um 
curto período de tempo, à medida que a tensão direta diminui. A corrente através do diodo será 
bastante grande na direção inversa durante esse pequeno tempo de recuperação. 
DIRETA: é o tempo que o diodo está em polarização direta. Durante o tempo de recuperação, 
o IGBT não pode ser ligado, ou vai acontecer um curto circuito. 
2.6 DIODOS CONECTADOS EM SÉRIE 
Os diodos em série ajudam na queda de tensão, mas é recomendável adicionar 
resistores em cada diodo para obter a queda nominal, caso contrário as quedas de tensãoseriam 
diferentes porque a mesma corrente fluirá por todos os diodos, enquanto os diodos em paralelo 
ajudam a obter a classificação de corrente necessária e resistores em série para cada diodo é 
recomendável. 
2.7 DIODOS CONECTADOS EM PARALELO 
Paralelamente, a queda permanecerá a mesma (vazamento reverso e capacitância 
serão adicionados), mas a capacidade atual pode não ser muito maior, devido à possibilidade 
de fuga térmica (uma vez que quando um diodo fica mais quente, o Vf cai, então ele atrai mais 
corrente em relação ao restante, fica mais quente ainda e assim por diante). Você pode evitar 
isso colocando os diodos em contato térmico e / ou usando um pequeno resistor em série. 
 
2.8 MODELAMENTO EM SPICE DE DIODOS 
 É um simulador de propósito geral de circuitos analógicos, permite que sejam feitas as 
seguintes análises para verificar Linhas de transmissão, Amplificadores operacionais, Chaves. A 
segunda opção usa transistores para modelar o AmpOp. A. 
 
 
 
 
 
http://en.wikipedia.org/wiki/Thermal_runaway#Semiconductors