Eletrônica de Potência

A Eletrônica de Potência referese ao processo de controlar o fluxo de corrente e tensão e convertêlo para uma forma adequada às cargas do usuário O sistema eletrônico de potência mais desejável é aquele cuja eficiência e confiabilidade são 100 BRONZEADO 2011 Nas diversas aplicações da eletrônica de potência os principais componentes são os dispositivos de chaveamento A escolha de um dispositivo de potência para uma dada aplicação depende não apenas do nível de tensão e corrente exigidos mas também das características de chaveamento Com base no descrito acima disserte sobre a aplicação dos dispositivos de eletrônica de potência Diodos de potência BJT MOSFET SCR e GTO Enfatize as características de controle de chaveamento velocidade e perdas por chaveamento Os diodos de potência conduzem quando estão polarizados diretamente isto é quando a tensão do ânodo é superior à do cátodo O bloqueio ocorre quando a corrente que circula pelo diodo se anula Além disso a corrente de fuga aumenta com a faixa de tensão Estas características tornam os diodos de potência adequados para aplicações onde é necessário um controle preciso de corrente e tensão com perdas mínimas durante o chaveamento O MOSFET Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor pertence à família de dispositivos unipolares pois usa a maioria dos portadores em condução É o dispositivo de comutação de energia mais rápido com frequência de comutação superior a MHz e potências de tensão até 600 V e corrente nominal de 40 A RASHID 1999 Ao contrário dos dispositivos MOSFET do canal lateral usados em grande parte da tecnologia IC onde os terminais de portão fonte e dreno estão localizados na mesma superfície da bolacha de silício os MOSFETs usam a estrutura vertical do canal para aumentar a potência nominal do dispositivo As capacitâncias parasitas entre os terminais do dispositivo como gatetosource Cgs gatedrain Cgd e draintosource Cds influenciam significativamente o comportamento de comutação Durante o acionamento os capacitores Cgd e Cgs devem ser carregados através do gate o que exige um design cuidadoso do circuito de controle do gate para lidar com a variação dessas capacitâncias RASHID 2001 Os GTOs Gate TurnOff Thyristors são dispositivos de comutação de energia que podem ser ligados por um pulso curto de corrente de porta e desligados por um pulso de porta reversa A amplitude da corrente de porta reversa depende da corrente anódica a ser desligada eliminando a necessidade de um circuito de comutação externo para desligálo Para operação confiável dos GTOs é essencial um projeto adequado do circuito de desligamento da porta e do circuito de amortecimento HUANG 1995 MOSFETs são controlados por uma tensão aplicada ao terminal de controle gate que gera um campo elétrico interno ligandoos permitindo a condução do dreno para a fonte O circuito entre o terminal de controle e o terminal comum gate tosource age como um pequeno capacitor Portanto ao ligálos e desligálos ocorre a carga e descarga desse capacitor MOSFETs são excelentes para correntes baixas e médias sendo muito eficientes No entanto atuam como resistores quando estão conduzindo o que significa que à medida que a corrente aumenta o aquecimento cresce com o quadrado da corrente tornandoos menos eficientes para correntes muito altas BJTs Bipolar Junction Transistors são controlados de maneira que a corrente aplicada ao terminal de controle base é amplificada e conduzida ao terminal de saída coletor e ao terminal comum emissor Embora internamente também sejam controlados por um campo elétrico na prática funcionam como um diodo entre os terminais de controle e comum Para mantêlos ligados é necessário manter um fluxo constante de corrente através desse diodo Tradicionalmente os BJTs eram bons para correntes altas pois a voltagem do diodo é relativamente constante e o aquecimento devido à corrente cresce linearmente com o aumento da corrente Contudo os MOSFETs superam os BJTs na maioria das aplicações atuais Os SCRs Silicon Controlled Rectifiers são transistores bipolares que se mantêm ligados utilizando outro transistor bipolar Esse segundo transistor responde à corrente de saída criando um ciclo de realimentação que mantém o SCR ligado São mais complexos de usar e possuem restrições em sua aplicação mas são úteis em situações onde é necessário um controle robusto de corrente e tensão HUANG A Q Recent developments of power semiconductor devices in VPEC Seminar Proceedings September 1995 RASHID M H Eletrônica de Potência Circuitos Dispositivos e Aplicações São Paulo Makron Book LTDA 1999 RASHID M H POWER ELECTRONICS HANDBOOK 2001