Electronica de Potencia 1

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Prof Beatriz Vieira Borges

DISPOSITIVOS ELECTRNICOS DE POTNCIA

ELECTRNICA DE POTNCIA

DISPOSITIVOS SEMICONDUTORES DE POTNCIA:

1. diodo

2. tiristor - (SCR) silicon controlled rectifier.

3. tiristor de corte comandado (GTO) - gate turn off thyristor.

4. transistor bipolar - (TJB).

5. transistor de efeito de campo de potncia (MOSFET).

6. IGBT - insulated gate bipolar transistor.

7. MCT - MOS controlled thyristor.

A K

A K

G

A K

G

C

CEB

E

BD

SG

S

D

G

C

GE

A

GK

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DISPOSITIVOS ELECTRNICOS DE POTNCIA

ELECTRNICA DE POTNCIA

DIODO 5000 V, 10000A

TIRISTOR lentos: 5000V, 5000A, tq=100srpidos: 2000V, 200A, tq=20s

GTO 4500V, 1000A9000V, 9000A (mdulos)

TRANSISTOR 2000V, 2 a 10ABIPOLAR 1000V, 100A

MOSFET 100V, 30A1000V, 6A

IGBT 3500V, 300A

A K

A K

G

C

CEB

E

B

C

GE

D

SG

S

D

G

A K

G

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DISPOSITIVOS ELECTRNICOS DE POTNCIA

ELECTRNICA DE POTNCIA

IF

VAK

Diodo A K

Conduz se a tenso vAK se tornar positiva.

Bloqueia se a corrente IF se tornar negativa

Caracterstica ideal

Caracterstica ideal

Caracterstica realCaracterstica real

Potncia dissipada:

PF=VFIF=VjIFav + RjIFef2

Esquema equivalente do diodo em conduo

VjRj

Resistncia trmica do dissipador:

Tjmax - Ta = Rth j-a PFVAK

IF

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ELECTRNICA DE POTNCIA

Limites de operaLimites de operao:o:

VRRM - tenso inversa mxima de pico repetitivoIFRMS - mximo valor eficaz da corrente directaIFAV - mximo valor mdio da corrente directaIFRM - mximo valor de pico rep. da corrente directaIFSM - mximo valor de pico no rep. da

corrente directaI2t - caracterstica de choque trmico

valor mdio da corrente directa

valor eficaz da corrente directa

I t i dtDt

2 2

0=

IT

i dtF RMS Dt

( ) = 1 20

IT

i dtF av Dt

( ) = 10

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ELECTRNICA DE POTNCIA

trr tempo de recuperao inversa;intervalo de tempo entre a inverso da corrente e a interseco da tangente no incio da subida com o eixo t

t

i mx

t rr

I RMQ rr

t a

Qrr carga de recuperao inversa (C);Carga elctrica removida da juno durante a transio ON-OFF

ta tempo de armazenamento;Intervalo desde que se inverte at comear a subir exponencialmente

Caracterstica dinmicaCaracterstica dinmicaCaracterstica dinmica

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ELECTRNICA DE POTNCIA

Carga de capacidade

Potncia dissipada

Circuito de proteco para evitar oscilaes:

Problemas quando a frequncia aumenta

Passagem ao cortePassagem ao corte

Passagem conduoPassagem conduo

vAK

IF

t

t

com RC

t

tvAK

IF

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ELECTRNICA DE POTNCIA

Classificao de dodosClassificao de dodosClassificao de dodos

SchottkySchottky Recuperao rpida(fast recovery)Recuperao rpida

(fast recovery) RectificadoresRectificadores

Von = 0.3 Vmx < 150V

trr baixo ( kV Imx > kA

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SchottkySchottkyMx. tenso de bloqueio

Mx. Corrente directa valor mdio

Tenso de conduo

Corrente de fuga no corte

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ELECTRNICA DE POTNCIA

Recuperao rpidaRecuperao rpida

Mx. tenso de bloqueio no corte

Tempo de recuperao

Corrente fuga no corte

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ELECTRNICA DE POTNCIA

RectificadoresRectificadores

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ELECTRNICA DE POTNCIA

Dodos em paralelo (repartir correntes directas)Dodos em paralelo (repartir correntes directas)

Dodos em srie (repartir tenses inversas)Dodos em srie (repartir tenses inversas)

Equalizao por dispositivoSeleco de dodos com caractersticas muito semelhantes

Equalizao por acomplamento magnticoS para correntes de kA; processo caro e complexo; mais peso, mais volume.

Equalizao por resistnciasS para correntes mais baixas

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TiristorSCR

A K

G

disparobloqueio

IF

VAK

Conduz se vAK for positivo e se existir um impulso de corrente na gate, de curta durao. Bloqueia se a corrente IF se anular. A K

+ VAK -

GiG

IAK

Semi-controladoSemi-controlado

Controlo apenas na passagem a ONON

Caracterstica idealCaracterstica ideal

Caracterstica realCaracterstica real

Transio OFF-ON vGK = VGKT > 0, iG = iGT > 0durante um intervalo de tempomnimo

Transio ON-OFF inverso de tenso IAK < IH (corrente de manuteno)

VDRM

iG1>iG2>iG3

IF

VAK

I

VRRM

iG1 > iG2 > iG3

VDRM

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ELECTRNICA DE POTNCIA

VRRM - tenso inversa mxima de pico repetitivo

VDRM - tenso directa mxima de pico repetitivo com o tiristor no corte

ITRMS - mximo valor eficaz da corrente directa

ITAV - mximo valor mdio da corrente directa

ITRM - mximo valor de pico rep. da corrente directa

ITSM - mximo valor de pico no rep. da corrente directa

I2t - caracterstica de choque trmico

(di/dt)max - mxima taxa de crescimento da corrente directa

(dvAK/dt)max - mxima taxa de crescimento da tenso nodo ctodo

IH - corrente de manuteno (holding current) (1% ITAV)

IL - corrente de lanamento (latching current) (> IH)

td - tempo de passagem conduo 0,1s - 10stq - tempo de passagem ao corte 1s - 110s

Limites de Limites de operaoperao:o:

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ELECTRNICA DE POTNCIA

Caractersticas de GATEVGM ------ mximo valor da tenso gate- ctodo

PGM ------ mximo valor da potncia na gate

PGav ----- mximo valor da potncia mdia na gate

IGM ------- mximo valor da corrente de gate

Caractersticas de GATEVGM ------ mximo valor da tenso gate- ctodo

PGM ------ mximo valor da potncia na gate

PGav ----- mximo valor da potncia mdia na gate

IGM ------- mximo valor da corrente de gate

PGM=vGKIGK

vGK(MIN) vGM vGK

IGM

IG

td - tempo de disparo (diminui com o aumento de energia fornecida gate)

o impulso de gate

Correntes de fuga: I If Tav 104 ReqV

IoffRRM

f

Correntes de lanamento e manuteno:

No disparo IT>IL

Na conduo IT>IH

IL

IH

2%ITav

VAK

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Caracterstica dinmica

t

t

iA

vAK

trr

tq

tq tempo de recuperao outempo de passagem ao corte

tq tempo de recuperao outempo de passagem ao corte

necessrio assegurar uma tensonegativa durante um tempo superior a tqpara que o tiristor corte; caso contrrioconduz logo que polarizado directamente, mesmo sem impulso de gate.

Outras limitaesdos tiristoresOutras limitaesdos tiristores

Taxa mxima de variao da corrente diA / dt

Taxa mxima de variao da tenso dvAK / dt

A K+ VAK -

GiG

IAK

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ELECTRNICA DE POTNCIA

tr

tdiT

vAK

ATENO a:Potncia dissipadadi/dt mximotr (depende do circuitoexterior)

ATENO a:Potncia dissipadadvAK/dt mximo1s

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concentrao de corrente numa rea muito pequena dissipao de potncia elevadaque pode levar destruio do tiristor

(di/dt)mx - 200A/s lentos (di/dt)mx -2000A/s rpidos

Para proteger o tiristor contra di/dt

utiliza-se uma bobineem srie

Proteces contra di/dt e dvAK/dt excessivosdi/dt

RiTv

L

iG

iT

t

t

v

t

2

iG

iT

t

t

v

t

2d id t

=

circuito de rectificao semproteco contra di/dt

circuito de rectificaocomproteco contra di/dt

RiTv

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DimensionamentoDimensionamento dada bobinebobine de de protecprotecoo::

v Ri L didt

= + ( )i t = =0 0 (existncia da bobine)em t = 0v L di

dt=

didt

vL

didt

= < max

L vdidt

>

max

Exemplo:

didt

A s =max /200

L H> =2220200

156.

v(max) --- = 90 v = 2220

R=10