Eletrônica de Potência UNIP Aula_3

Prévia do material em texto

© UNIP 2020 all rights reserved
Universidade Paulista
Eletrônica de Potência
Aula 03 
Curso Engenharia Elétrica
Prof. Cícero
© UNIP 2020 all rights reserved
Perdas Em Componentes (slide 01/63) – Prof. Cícero
Perdas na Condução - Pon
É a perda
considerando a chave
ligada indefinidamente.
© UNIP 2020 all rights reserved
Perdas Em Components (slide 02/63) – Prof. Cícero
Perda Média Ligada - 𝑃𝑂𝑁𝑀é𝑑𝑖𝑎
Em Eletrônica de potência,
temos que abri/fechar a
chave periodicamente.
Portanto, teremos a perda
média ligada.
© UNIP 2020 all rights reserved
Perdas Em Componentes (slide 03/63) – Prof. Cícero
Perdas Desligado- Poff
Quando o componente não
está conduzindo, há
perdas por corrente de
fuga. Geralmente são
desprezadas.
𝑃𝑂𝐹𝐹 = 𝑉𝐶𝐸𝑚Á𝑋 . 𝐼𝑓𝑢𝑔𝑎
© UNIP 2020 all rights reserved
Perdas Em Componentes (slide 04/63) – Prof. Cícero
Perda Média Desligada - 𝑃𝑂𝐹𝐹𝑀é𝑑𝑖𝑎
Em Eletrônica de potência,
temos que abrir/fechar a
chave periodicamente.
Portanto, teremos a perda
média desligada. Geralmente
é desconsiderada, por ser
muito baixa.
© UNIP 2020 all rights reserved
Perdas Em Componentes (slide 05/63) – Prof. Cícero
Perda de Chaveamento - 𝑃𝐶𝐻
Quando o componente passa
do estado ligado/desligado e
vice-versa, há perdas. Essas
perdas são conhecidas como
perdas de chaveamaneto.
© UNIP 2020 all rights reserved
Perdas Em Componentes (slide 06/63) – Prof. Cícero
Perda de Chaveamento Total - 𝑃𝐶𝐻
Para o gráfico foi
considerado um tempo
de chaveamento “on”
igual ao de
chavemanto “off”.
© UNIP 2020 all rights reserved
Perdas Em Componentes (slide 07/63) – Prof. Cícero
Energia de Chaveamento Total- 𝑊𝐶𝐻
É a soma da energia de chaveamento para ligar (𝑊𝐶𝐻−𝑂𝑁) e
a energia de chaveamento para desligar (𝑊𝐶𝐻−𝑂𝐹𝐹).
Assim:
𝑊𝐶𝐻 = 𝑊𝐶𝐻−𝑂𝑁 +𝑊𝐶𝐻−𝑂𝐹𝐹
© UNIP 2020 all rights reserved
Perdas Em Componentes (slide 08/63) – Prof. Cícero
Energia de Chaveamento Total- 𝑊𝐶𝐻
𝑊𝐶𝐻−𝑂𝑁 =
1
6
. 𝑉𝐶𝐸𝑀𝐴𝑋 . 𝐼𝐶𝑀𝐴𝑋 . 𝑡𝑟
E
𝑊𝐶𝐻−𝑂𝐹𝐹 =
1
6
. 𝑉𝐶𝐸𝑀𝐴𝑋 . 𝐼𝐶𝑀𝐴𝑋 . 𝑡𝑓
𝑡𝑟 e 𝑡𝑓 são os tempos de subida e descida da corrente
respectivamente (𝑡𝑐ℎ−𝑜𝑛 e 𝑡𝑐ℎ−𝑜𝑓𝑓).
© UNIP 2020 all rights reserved
Perdas Em Componentes (slide 09/63) – Prof. Cícero
Perda de Chaveamento Total - 𝑃𝐶𝐻
𝑊𝐶𝐻 = 𝑊𝐶𝐻−𝑂𝑁 +𝑊𝐶𝐻−𝑂𝐹𝐹 =
1
6
. 𝑉𝐶𝐸𝑀𝐴𝑋 . 𝐼𝐶𝑀𝐴𝑋 . 𝑡𝑐ℎ−𝑜𝑛 + 𝑡𝑐ℎ−𝑜𝑓𝑓
→ 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝐶ℎ𝑎𝑣𝑒𝑎𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜
𝑃𝐶𝐻 =
𝑊𝐶𝐻
𝑇
= 𝑊𝐶𝐻 . 𝑓
𝑃𝐶𝐻 =
1
6
. 𝑉𝐶𝐸𝑀𝐴𝑋 . 𝐼𝐶𝑀𝐴𝑋 . 𝑡𝑐ℎ−𝑜𝑛 + 𝑡𝑐ℎ−𝑜𝑓𝑓 . 𝑓
→ 𝑃𝑒𝑟𝑑𝑎 𝑑𝑒 𝑐ℎ𝑎𝑣𝑒𝑎𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙
© UNIP 2020 all rights reserved
Perdas Em Componentes (slide 10/63) – Prof. Cícero
Perda Total no componente- 𝑃𝑇
Agora, podemos calcular as perdas totais no componente
semicondutor de potência.
𝑃𝑇 = 𝑃𝑂𝑁𝑀é𝑑𝑖𝑎 + 𝑃𝑂𝐹𝐹𝑀é𝑑𝑖𝑎 + 𝑃𝐶𝐻
𝑃𝑇 = 𝑃𝑂𝑁𝑀é𝑑𝑖𝑎 + 𝑃𝐶𝐻
© UNIP 2020 all rights reserved
Perdas Em Componentes (slide 11/63) – Prof. Cícero
Perda Total no componente- 𝑃𝑇
Também pode ser definida assim:
𝑃𝑇 = [𝑃𝑂𝑁. 𝑡𝑂𝑁 + 𝑃𝑂𝐹𝐹 . 𝑡𝑂𝐹𝐹 +𝑊𝐶𝐻−𝑂𝑁 +𝑊𝐶𝐻−𝑂𝐹𝐹]. 𝑓
𝑃𝑇 = [𝑃𝑂𝑁. 𝑡𝑂𝑁 +𝑊𝐶𝐻−𝑂𝑁 +𝑊𝐶𝐻−𝑂𝐹𝐹]. 𝑓
𝑓 é a frequência de chaveamento
© UNIP 2020 all rights reserved
Perdas Em Componentes (slide 12/63) – Prof. Cícero
Exemplo: No circuito abaixo, a tensão da fonte é 50 V, a
carga é de 5 Ohms. Está sendo considerado que não há
perdas no chaveamento. A tensão coletor-emissor na
saturação é 1,5 V e a corrente de fuga do componente é 1,5
mA. Calcule:
a-) A perda de condução
𝑃𝑂𝑁 = 𝑉𝐶𝐸𝑆𝐴𝑇 . 𝐼𝐶 = 1,5.
50 − 1,5
5
= 14,55𝑊
b-) A perda desligado
𝑃𝑂𝐹𝐹 = 𝑉𝐶𝐸𝑀𝐴𝑋 . 𝐼𝑓𝑢𝑔𝑎 = 50.1,5. 10
−3 = 75𝑚𝑊
© UNIP 2020 all rights reserved
Perdas Em Componentes (slide 13/63) – Prof. Cícero
Exemplo: Supondo agora que no exemplo anterior, o
transistor começou a operar com uma frequência de 500 Hz
e um ciclo de trabalho de 50%. Calcule a potência média
ligado.
a-) Potência Média Ligado
𝑃𝑂𝑁𝑚é𝑑𝑖𝑎 = 𝑉𝐶𝐸𝑆𝐴𝑇 . 𝐼𝐶 . 𝑑
𝑃𝑂𝑁𝑚é𝑑𝑖𝑎 = 1,5.9,7.0,5 = 7,27𝑊
© UNIP 2020 all rights reserved
Perdas Em Componentes (slide 14/63) – Prof. Cícero
Exemplo: No circuito abaixo, a tensão da fonte é 120 V, a
carga é de 6 Ohms. Está sendo considerado que não há
perdas na condução. O tempo para passar do estado “on”
para “off” e vice-versa é 1,5 us. O transistor opera em 1
kHz. Calcule:
a-) A perda total de chaveamento
𝑃𝐶𝐻 =
1
6
. 𝑉𝐶𝐸𝑀𝐴𝑋 . 𝐼𝐶𝑀𝐴𝑋 . 𝑡𝑐ℎ−𝑜𝑛 + 𝑡𝑐ℎ−𝑜𝑓𝑓 . 𝑓
𝑃𝐶𝐻 =
1
6
. 120.
120
6
. ( 1,5 + 1,5). 10−6 . 1000 = 1,2 𝑊
© UNIP 2020 all rights reserved
Componentes de Potência(slide 15/63) – Prof. Cícero
Diodo de Potência
- Possuem alta capacidade;
- Projetos dedicado a altas tensões;
- Grande utilização em conversores de potência AC/DC
© UNIP 2020 all rights reserved
Componentes de Potência (slide 16/63) – Prof. Cícero
Diodo de Potência
- CURVA V-I
© UNIP 2020 all rights reserved
Componentes de Potência (slide 17/63) – Prof. Cícero
Diodo de Potência
- Datasheet
© UNIP 2020 all rights reserved
Componentes de Potência (slide 18/63) – Prof. Cícero
Diodo de Potência
- Podem ser ligados em Série ou Paralelo.
SÉRIE PARALELO
© UNIP 2020 all rights reserved
Componentes de Potência (slide 19/63) – Prof. Cícero
- Ligação Série
© UNIP 2020 all rights reserved
Componentes de Potência (slide 20/63) – Prof. Cícero
- Ligação Série
© UNIP 2020 all rights reserved
Componentes de Potência (slide 21/63) – Prof. Cícero
- Ligação Série
Na prática, costuma-se adotar o
valor da resistência paralela, um
valor 10 vezes menor do que a
resistência do diodo.
Esse método é aplicável para o
caso de componentes de mesma
marca/modelo/fabricantes.
© UNIP 2020 all rights reserved
Componentes de Potência (slide 22/63) – Prof. Cícero
Caso os diodos a serem aplicados sejam de características
diferentes ou se conheça a curva de condução dos
mesmos, podemos fazer:
𝐼𝑆 =
𝑉𝐷1
𝑅
+ 𝐼𝐷1 =
𝑉𝐷2
𝑅
+ 𝐼𝐷2
𝑅 =
𝑉𝐷1 − 𝑉𝐷2
𝐼𝐷2 − 𝐼𝐷1
© UNIP 2020 all rights reserved
Componentes de Potência (slide 23/63) – Prof. Cícero
Exemplo: Dimensionar os diodos do circuito abaixo para
que atendam aos requisitos técnicos obrigatórios. Deverão
ser utilizados componentes de mesmas características e
fabricantes.
© UNIP 2020 all rights reserved
Componentes de Potência (slide 24/63) – Prof. Cícero
Solução:
𝑉𝑅𝐸𝑉𝑀𝐴𝑋 =
1800
2
= 900 𝑉/𝑑𝑖𝑜𝑑𝑜
𝐼𝑀𝐴𝑋 =
𝑉𝑃
𝑅
=
1800
5000
= 360 𝑚𝐴
Consultando o datasheet dos diodos, podemos escolher o
diodo 1N4007.
© UNIP 2020 all rights reserved
Componentes de Potência (slide 25/63) – Prof. Cícero
Vamos supor se não tivéssemos a quantidade de diodos
especificadas (só dados da fonte e carga). Temos que
aplicar a equação abaixo para dimensionar a quantidade de
diodos:
𝑛 =
𝑉𝑅𝐸𝑉𝑀𝐴𝑋
𝑉𝑅𝐸𝑉𝑁𝑜𝑚𝑖𝑛𝑎𝑙
Nesse caso:
𝑛 =
1800
1000
= 1,80 → 2 𝑑𝑖𝑜𝑑𝑜𝑠
© UNIP 2020 all rights reserved
Componentes de Potência (slide 26/63) – Prof. Cícero
Cálculo da Resistência Máxima e Mínima do Diodo
Pelo Datasheet, vemos que:
𝑅𝑅𝐸𝑉𝑀𝐴𝑋 =
𝑉𝑅𝐸𝑉𝑁𝑜𝑚𝑖𝑛𝑎𝑙
𝐼𝐹𝑈𝐺𝐴𝑀𝐼𝑁
=
1000
5,0 𝑢
= 200 𝑀Ω
𝑅𝑅𝐸𝑉𝑀𝐼𝑁 =
𝑉𝑅𝐸𝑉𝑁𝑜𝑚𝑖𝑛𝑎𝑙
𝐼𝐹𝑈𝐺𝐴𝑀𝐴𝑋
=
1000
50 𝑢
= 20 𝑀Ω
© UNIP 2020 all rights reserved
Componentes de Potência (slide 2763) – Prof. Cícero
Pegamos a menor resistência e dividimos por 10:
𝑅𝑃 =
𝑅𝑅𝐸𝑉𝑀𝐼𝑁
10
= 2𝑀Ω
Considerando o pior caso (um diodo com menor resistência
e o outro com maior), teremos:
© UNIP 2020 all rights reserved
Componentes de Potência (slide 28/63) – Prof. Cícero
A divisão de tensão real ficará:
© UNIP 2020 all rights reserved
Componentes de Potência (slide 29/63) – Prof. Cícero
- Ligação Paralela
Sem indutor Com indutor
© UNIP 2020 all rights reserved
Componentes de Potência (slide 30/63) – Prof. Cícero
- Ligação Paralela
Nesse caso, teoricamente a corrente total deveria se dividir
por igual. Mas não é o que ocorrepor conta da diferença
entre diodos (mesmos do mesmo modelo e fabricantes).
© UNIP 2020 all rights reserved
Componentes de Potência (slide 31/63) – Prof. Cícero
- Ligação Paralela
Caso a tensão direta exata em cada diodo não seja
conhecida, mas sim a tensão nominal direta (Vd) -
Datasheet, podemos definir um resistor em série que
possua uma queda de tensão de n o máximo 10% da
tensão nominal Vd.
∆𝑉 = 0,1. 𝑉𝐷
Para o cálculo do valor de R, levamos em consideração
uma divisão por igual.
𝑅 =
∆𝑉
𝐼𝐷𝑑𝑖𝑣𝑖𝑑𝑖𝑑𝑎
© UNIP 2020 all rights reserved
Componentes de Potência (slide 32/63) – Prof. Cícero
- Ligação Paralela
© UNIP 2020 all rights reserved
Componentes de Potência (slide 33/63) – Prof. Cícero
Para o caso da aplicação de diodos com características
diferentes ou se conhecermos a curva de condução de
cada diodo, podemos fazer a divisão de forma mais exata.
Segue:
𝑅 =
𝑉𝐷2 − 𝑉𝐷1
𝐼𝐷1 − 𝐼𝐷2
𝑉 = 𝑉𝐷1 + 𝐼𝐷1𝑅 = 𝑉𝐷2 + 𝐼𝐷2𝑅
© UNIP 2020 all rights reserved
Componentes de Potência (slide 34/63) – Prof. Cícero
Exemplo: Dado um circuito com corrente total de 1,5 A.
Dimensionar o resistor de compartilhamento para o uso de
dois diodos com tensão direta de datasheet igual a 0,7 V
(mesma marca e modelo).
∆𝑉 = 0,1. 𝑉𝐷 = 0,10.0,7 = 0,07 𝑉
𝐼𝐷𝑑𝑖𝑣𝑖𝑑𝑖𝑑𝑎 =
𝐼𝑇
𝑛
=
1,50
2
= 0,75 𝐴
𝑅 =
∆𝑉
𝐼𝐷𝑑𝑖𝑣𝑖𝑑𝑖𝑑𝑎
=
0,07
0,75
= 0,093 ≈ 0,1 Ω
© UNIP 2020 all rights reserved
Componentes de Potência (slide 35/63) – Prof. Cícero
Transistor de Potência – TJB (Transistor de Junção Bipolar)
- Possuem alta capacidade;
- Projetos dedicado a altas tensões;
- Podem ser controlados;
- O NPN é mais comum por suportar maiores tensões;
- Operam somente na Saturação e Corte;
© UNIP 2020 all rights reserved
Componentes de Potência (slide 36/63) – Prof. Cícero
Transistor de Potência
- Reta de Carga
© UNIP 2020 all rights reserved
Componentes de Potência (slide 37/63) – Prof. Cícero
Transistor de Potência
- Perdas no Transistor
𝑃𝑂𝑁 = 𝑃𝐵𝐴𝑆𝐸 + 𝑃𝐶𝑂𝐿𝐸𝑇𝑂𝑅 = 𝑉𝐵𝐸𝑆𝐴𝑇 . 𝐼𝐵 + 𝑉𝐶𝐸𝑆𝐴𝑇 . 𝐼𝐶
𝑃𝑂𝑁 = 𝑉𝐶𝐸𝑆𝐴𝑇 . 𝐼𝐶
Restantes das perdas, similar aos slides anteriores.
© UNIP 2020 all rights reserved
Componentes de Potência (slide 38/63) – Prof. Cícero
Exercício: Dado um circuito com Vcc = 120 V, alimentando
uma carga de 20 Ohms através de um transistor com
Vce(sat) = 1,0 V. Calcule:
A-) A corrente na carga para a condição de saturação;
B-) Perdas de potência para Ib = 0,60/0,40/0,20 A
Utilizar a curva abaixo:
© UNIP 2020 all rights reserved
Componentes de Potência (slide 39/63) – Prof. Cícero
Item a-) para corrente Ib = 0,60 A
𝐼𝐶𝐴𝑅𝐺𝐴 =
𝑉𝐹𝑜𝑛𝑡𝑒 − 𝑉𝐶𝐸
𝑅
=
120 − 1
20
= 5,95 𝐴
Iterm b-) Ib=0,60 A
𝑃𝑒𝑟𝑑𝑎 = 1 . 5,95 = 5,95𝑊
Ib=0,40 A
𝐼𝐶𝐴𝑅𝐺𝐴 =
𝑉𝐹𝑜𝑛𝑡𝑒 − 𝑉𝐶𝐸
𝑅
=
120 − 2
20
= 5,90 𝐴
𝑃𝑒𝑟𝑑𝑎 = 2 . 5,90 = 11,80𝑊
© UNIP 2020 all rights reserved
Componentes de Potência (slide 40/63) – Prof. Cícero
Iterm c-) Ic=0,20 A
𝐼𝐶𝐴𝑅𝐺𝐴 =
𝑉𝐹𝑜𝑛𝑡𝑒 − 𝑉𝐶𝐸
𝑅
=
120 − 30
20
= 4,50 𝐴
𝑃𝑒𝑟𝑑𝑎 = 30 . 4,50 = 135𝑊
© UNIP 2020 all rights reserved
Componentes de Potência (slide 41/63) – Prof. Cícero
Circuito Snubber
© UNIP 2020 all rights reserved
Componentes de Potência (slide 42/63) – Prof. Cícero
Circuito Snubber
© UNIP 2020 all rights reserved
Componentes de Potência (slide 43/63) – Prof. Cícero
Circuito Snubber
Quando o Transistor está em
condução, sua queda de tensão
muito próxima a zero, não permite
que o circuito tenha função.
Durante o desligamento, o diodo
será então diretamente polarizado
e permite que o capacitor se
carregue com a tensão de
bloqueio sobre o transistor. Nesta
transição, o conjunto diodo-
capacitor atua diminuindo a taxa
de crescimento da tensão sobre o
transistor
𝛿𝑉
𝛿𝑡
.
© UNIP 2020 all rights reserved
Componentes de Potência (slide 44/63) – Prof. Cícero
Circuito Snubber
Quando o transistor retornar a
condição de saturação,
novamente o capacitor irá retornar
ao estado descarregado,
aguardando a próxima mudança
de estado para reduzir o surto de
tensão sobre o transistor. A
resistência R limita o valor de pico
de corrente de descarga sobre o
transistor.
© UNIP 2020 all rights reserved
Componentes de Potência (slide 45/63) – Prof. Cícero
MOSFET (Metal Oxid Semiconductor Field Effect Transitor)
- Possuem alta capacidade;
- Projetos dedicado a altas tensões;
- Alta impedância de entrada;
- Opera em altíssimas frequência;
- Devem operar na região fora da saturação (Rd)
© UNIP 2020 all rights reserved
Componentes de Potência (slide 46/63) – Prof. Cícero
MOSFET (Metal Oxid Semiconductor Field Effect Transitor)
- Curva Característica do MOSFET;
© UNIP 2020 all rights reserved
Componentes de Potência (slide 47/63) – Prof. Cícero
MOSFET (Metal Oxid Semiconductor Field Effect Transitor)
- Curva de Transferência do MOSFET;
© UNIP 2020 all rights reserved
Componentes de Potência (slide 48/63) – Prof. Cícero
MOSFET (Metal Oxid Semiconductor Field Effect Transitor)
- A queda de tensão direta é:
𝑉𝐷𝑆 = 𝐼𝑑 . 𝑅𝐷𝑆𝑂𝑁
- A dissipação de potência interna do MOSFET é:
𝑃 = 𝐼𝑑
2. 𝑅𝐷𝑆𝑂𝑁
© UNIP 2020 all rights reserved
Componentes de Potência (slide 49/63) – Prof. Cícero
MOSFET (Metal Oxid Semiconductor Field Effect Transitor)
Quando o MOSFET está desligado, a corrente de dreno é
igual a zero e a tensão VDS, igual ao valor da tensão de
alimentação. Nessas condições, a resistência entre o dreno
e a fonte RDS é muito alta.
© UNIP 2020 all rights reserved
Componentes de Potência (slide 50/63) – Prof. Cícero
Exemplo: No circuito abaixo, a tensão da fonte é 120 V e a
resistência da carga é 10 Ω. O MOSFET leva 1,5us para
sair do estado “off” para o estado “on” e posusi RDS-on de
0,1 Ω. Se o ciclo de trabalho for 60% e a frequência de
chaveamento igual a 25 kHz. Calcule:
a-) a perda de potência no estado ligado
b-) a perda de potência durante o tempo de ligação
© UNIP 2020 all rights reserved
Componentes de Potência (slide 51/63) – Prof. Cícero
Exemplo: No circuito abaixo, a tensão da fonte é 120 V e a
resistência da carga é 10 Ω. O MOSFET leva 1,5us para
sair do estado “off” para o estado “on” e posusi RDS-on de
0,1 Ω. Se o ciclo de trabalho for 60% e a frequência de
chaveamento igual a 25 kHz. Calcule:
a-) a perda de potência média no estado ligado
𝑃𝑂𝑁 = 𝐼𝑑
2. 𝑅𝐷𝑆𝑂𝑁 . 𝑑 =
120
10 + 0,1
2
. 0,1.0,6
𝑃𝑂𝑁 = 8,46𝑊
© UNIP 2020 all rights reserved
Componentes de Potência (slide 52/63) – Prof. Cícero
Exemplo: No circuito abaixo, a tensão da fonte é 120 V e a
resistência da carga é 10 Ω. O MOSFET leva 1,5us para
sair do estado “off” para o estado “on” e posusi RDS-on de
0,1 Ω. Se o ciclo de trabalho for 60% e a frequência de
chaveamento igual a 25 kHz. Calcule:
b-) a perda de potência total durante o tempo de ligação
𝑃𝐶𝐻𝑂𝑁 =
1
6
. 𝑉𝐷𝑆𝑀𝐴𝑋 . 𝐼𝐷𝑀𝐴𝑋 . 𝑡𝑐ℎ−𝑜𝑛 . 𝑓
𝑃𝐶𝐻𝑂𝑁 =
1
6
. 120.
120
10 + 0,1
. 1,5. 10−6 . 25. 103
𝑃𝐶𝐻𝑂𝑁 = 8,9 𝑊
© UNIP 2020 all rights reserved
Componentes de Potência (slide 53/63) – Prof. Cícero
IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)
Mescla as qualidades de baixa queda de tensão no estado ligado
do TJB e as características de chaveamento do MOSFET.
Os IGBT´s foram uma revolução na Eletrônica de Potência, com
grande aplicação a partir dos anos 90. Eles possuem:
- Alta impedância de entrada (porta);
- Circuito de controle simplificado (baixíssima corrente e perda);
- Tem maiores capacidades que os MOSFET´s (tensão, corrente,
etc);
- A velocidade dos IGBT´s fica entre os TJB e os MOSFET´s;
© UNIP 2020 all rights reserved
Componentes de Potência (slide 54/63) – Prof. Cícero
IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)
Curva Característica do IGBT.
O IGBT entra em condução quando a tensão da porta
supera o valor limite. VG > VGE-LIM
© UNIP 2020 all rights reserved
Componentes de Potência (slide 55/63) – Prof. Cícero
Exemplo: Na figura abaixo, a fontede tensão é 220 V, a
resistência de carga é de 5 Ohms. O IGBT está sendo
operando em 1 kHz. Determine, para 1 pulso, o tempo em
estado ligado, caso a potência requerida seja 5 kW.
𝑇 =
1
𝑓
=
1
1000
= 1 𝑚𝑠
𝑉𝑐 = 𝑉𝑓𝑜𝑛𝑡𝑒 . 𝑑 = 𝑉𝑓𝑜𝑛𝑡𝑒 .
𝑡𝑜𝑛
𝑇
𝑃𝐿 =
𝑉𝑐
2
𝑅
=
𝑉𝑓𝑜𝑛𝑡𝑒
2
𝑅
.
𝑡𝑜𝑛
𝑇
→ 𝑃𝐿 =
𝑉𝑓𝑜𝑛𝑡𝑒
2 . 𝑡𝑜𝑛
𝑅. 𝑇
𝑡𝑜𝑛 =
𝑃𝐿 . 𝑅. 𝑇
𝑉𝑓𝑜𝑛𝑡𝑒
2 =
5000.5.1. 10−3
2202
= 0,52 𝑚𝑠
© UNIP 2020 all rights reserved
Componentes de Potência (slide 56/63) – Prof. Cícero
Exemplo: Na figura abaixo, a fonte de tensão é 220 V, a
resistência de carga é de 10 Ohms. O IGBT está sendo
operando em 1 kHz e um ciclo de trabalho de 60%. Sabe-se
que ton = 2,5 us, toff = 1,0 us e Vce-sat é igual a 2,0 V.
a) Imax e Imedia
b) Perdas na condução
c) Perda de potência durante a ligação
d) Perda de potência durante o desligamento
© UNIP 2020 all rights reserved
Componentes de Potência (slide 57/63) – Prof. Cícero
Solução:
Item a)
𝐼𝐶𝑀𝐴𝑋 =
220 − 2
10
= 21,80 𝐴
𝐼𝐶𝑀𝐸𝐷𝐼𝑂 = 21,80.0,60 = 13,08 𝐴
Item b)
𝑃𝑂𝑁𝑀𝐸𝐷𝐼𝑂 = 𝑉𝐶𝐸𝑆𝐴𝑇𝐼𝐶𝑀𝐴𝑋 . 𝑑 = 2,0.21,8.0,60 = 26,16 𝑊
Ou
𝑃𝑂𝑁𝑀𝐸𝐷𝐼𝑂 = 𝑉𝐶𝐸𝑆𝐴𝑇𝐼𝑀𝐸𝐷𝐼𝐴 = 2,0.13,08 = 26,16𝑊
© UNIP 2020 all rights reserved
Componentes de Potência (slide 58/63) – Prof. Cícero
Solução:
Item c)
𝑊𝑜𝑛 =
220 . 21,80
6
. 2,5 𝑢𝑠 = 2,0 𝑚𝐽
𝑃𝐶𝐻−𝑜𝑛 = 2,0. 10
−3. 1000 = 2,0 𝑊
Item d)
𝑊𝑜𝑓𝑓 =
220 . 21,80
6
. 1,0 𝑢𝑠 = 0,80 𝑚𝐽
𝑃𝐶𝐻−𝑜𝑓𝑓 = 0,80. 10
−3. 1000 = 0,80𝑊
© UNIP 2020 all rights reserved
Componentes de Potência (slide 59/63) – Prof. Cícero
Exercício 1: Na figura abaixo, a fonte de tensão é 220 V, a
resistência de carga é de 5 Ohms. O IGBT está sendo
operando em 1 kHz e ciclo de trabalho de 60%. O tempo
que o IGBT leva para sair do estado desligado para ligado é
de 2,5 us e vice-versa é 1 us. A tensão coletor emissor é de
2,0 V. Calcule:
a) A corrente média na carga
b) As perdas de condução
c) As perdas totais de chaveamento
© UNIP 2020 all rights reserved
Componentes de Potência (slide 60/63) – Prof. Cícero
Exercício 2: Um MOSFET possui uma corrente de fuga de 2
mA, um resistência de estado ligado (não-saturada) de 0,3
Ω e um ciclo de trabalho de 50%. A corrente de dreno é 6 A,
a tensão dreno-source é 100 V, o tempo para ligar é 100 ns,
tempo para desligar é 200 ns. A frequência de chaveamento
é 40 kHz. Calcule a perda total no componente.
© UNIP 2020 all rights reserved
Componentes de Potência (slide 61/63) – Prof. Cícero
Exercício 3: No circuito abaixo, a tensão da fonte vale 120 V
e a resistência da carga 8 Ohms. O componente leva 1,5 us
para ir do estado desligado para o ligado. A resistência
(não-saturada) ligada vale 0,2 Ohms. Se o ciclo de trabalho
for 70% e a frequência de chaveamento 16 kHz,
desconsiderando o tempo de chaveamento, calcule:
a) A potência média ligado
b) Perda de energiaa durante
o tempo de ligação
© UNIP 2020 all rights reserved
Componentes de Potência (slide 62/63) – Prof. Cícero
Exercício 4: No circuito abaixo, a tensão da fonte vale 148 V
e a resistência da carga 5 Ohms. O componente leva 2,5 us
para ir do estado desligado para o ligado e vice-versa.
Calcule a perda total média de chaveamento para uma
frequência de 1 kHz. Sabe-se que Vce-sat são 3V.
© UNIP 2020 all rights reserved
Componentes de Potência (slide 63/63) – Prof. Cícero
Exercício 5: No circuito abaixo, a tensão da fonte vale 400
V, a frequência é 10 kHz, duty cicle 50% e a corrente
circulante é 30 A. O componente tem as seguintes
características:
Tensão forward: 1,1V
Corrente reversa: 0,3 mA
Tempo para ligar: 1us
Tempo para desligar: 0,1 us
Calcule a perda total do componente (considerar os tempos
de chaveamento).
© UNIP 2020 all rights reserved
FIM !