Semicondutores de Potência

Transcrição

1 Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Santa Catarina Departamento Acadêmico de Eletrônica Eletrônica de Potência Semicondutores de Potência Florianópolis, março de Prof. Clóvis Antônio Petry.

2 Semicondutores de potência (diodos) - Bibliografia Capítulo 2: Diodos de potência 1. Semicondutores aplicados aos conversores CA-CC (diodos)

3 Semicondutores para eletrônica de potência Semicondutores utilizados em eletrônica de potência:

4 Semicondutores para eletrônica de potência

5 Diodo ideal e real Exemplo: Diodo SKN20/08 V RRM = 800 V; V (TO) = 0,85 V; r T = 11 mω; I Dmed = 20 A; I R = 0,15 ma. Característica estática

6 Diodo ideal e real Demo Demo: Curva de diodos: Diodo zener; Diodo de sinal; Diodo de potência.

7 Comutação Características dinâmicas Bloqueio Circuito para estudo da comutação Primeira etapa de comutação Segunda etapa de comutação

8 Comutação Características dinâmicas Bloqueio

9 Comutação Características dinâmicas Diodos de carbeto de sílicio (silicon carbide): Diminuem acentuadamente o fenômeno da recuperação reversa.

10 Comutação Características dinâmicas

11 Comutação Características dinâmicas

12 Perdas nos diodos Classificação das perdas: 1. Condução; P= V I + r I ( TO) Dmed T Def 2 2. Comutação: Entrada em condução; Simulação Bloqueio. Simulação

13 Características importantes Principais características: 1. Tensão de pico reversa; 2. Queda de tensão direta; 3. Corrente de pico; 4. Corrente média; 5. Corrente eficaz; 6. Tempo de recuperação reversa.

14 Características de diodos comerciais Tipos de diodos de potência: 1. Standard and fast recovery; 2. Ultrafast rectifiers; 3. Ultrasoft rectifers; 4. Silicon carbide (zero recovery).

15 Características de diodos comerciais

16 Teste de diodos Demo Demo: Teste de diodos com multímetro.

17 Semicondutores de potência (tiristores)

18 Semicondutores de potência (tiristores)

19 Semicondutores de potência (tiristores) - Bibliografia Capítulo 4: Dispositivos tiristores 1. Semicondutores aplicados aos conversores CA-CC (tiristores)

20 Tiristor ideal e real Curvas 1 e 2 sem corrente de gatilho Curvas 1 e 3 com corrente de gatilho Característica estática

21 Funcionamento do tiristor

22 Funcionamento do tiristor Estrutura interna e analogia com BJT

23 Funcionamento do tiristor Curva característica V x I

24 Funcionamento do tiristor Circuitos para auxiliar na proteção de tiristores e evitar disparos intempestivos

25 Curva característica de tiristores Demo Demo: Curva de tiristores: Sem corrente de gatilho; Com corrente de gatilho.

26 Comutação Características dinâmicas Disparo

27 Comutação Características dinâmicas Disparo t on tempo de fechamento; t d tempo de retardo; t r tempo de descida da tensão anodo-catodo. ton = td + tr Influência da corrente de gatilho no tempo de retardo

28 Comutação Características dinâmicas Bloqueio t q tempo de aplicação da tensão reversa para bloquear o tiristor; Para tiristores rápidos é da ordem de 10 µs à 200 µs.

29 Perdas nos tiristores Classificação das perdas: 1. Condução; P= V I + r I ( TO) Tmed T Tef 2 2. Comutação: Entrada em condução; Simulação Bloqueio. Simulação

30 Características importantes Principais características: 1. Tensão de pico reversa; 2. Queda de tensão direta; 3. Corrente de pico; 4. Corrente média; 5. Corrente eficaz; 6. Tempo de recuperação reversa.

31 Características de tiristores comerciais Tipos de tiristores de potência: 1. SCR; 2. Triac; 3. Sidac; 4. Para proteção, etc.

32 Características de tiristores comerciais

33 Características de tiristores comerciais

34 Características de tiristores comerciais

35 Acionamento de tiristores

36 Acionamento de tiristores

37 Acionamento de tiristores

38 Teste de tiristores Demo Demo: Teste de tiristores com multímetro.

39 Semicondutores de potência (IGBTs) - Bibliografia Capítulo 3: Transistores de potência 1. Semicondutores aplicados a conversores CA-CA.

40 Semicondutores para eletrônica de potência

41 Revisão - BJT BJT Transistor bipolar de junção

42 Revisão - BJT

43 BJT x FET FET Transistor de efeito de campo

44 FET JFET: Operação básica.

45 FET

46 FET JFET canal n e canal p Positivo da Fonte Auxiliar + Vaux 11 Q1 Aplicação do JFET 3524 R9 R8 S2 12 R10 R7 Q2

47 MOSFET MOSFET tipo Depleção MOSFET Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor

48 MOSFET MOSFET tipo Depleção MOSFET: Operação básica.

49 MOSFET MOSFET tipo Depleção MOSFET: Operação básica.

50 MOSFET MOSFET tipo Depleção

51 MOSFET MOSFET tipo Intensificação Canal n

52 MOSFET de potência ID D G + V GS D i + V DS - - S

53 MOSFET de potência VDD R L V D VG 50 S VGS 90% 50% 50% 10% T 1 V DS (V ) DD 10% 90% (V ) DD I D 90% 10% t r td(on) t D(off) t f t on Comutação do MOSFET com carga resistiva

54 MOSFET de potência VDD I DRL R G D 50 S Comutação do MOSFET com carga indutiva

55 MOSFET de potência Classificação das perdas: 1. Condução; 2. Comutação: Entrada em condução e bloqueio; Onde: P = t r i T on 2 cond ds( on) d ( on) P = f t + t i v 2 ( ) ( ) ( ) com r f d on ds off t t f r t t on off

56 MOSFET de potência Dados de catalogo:

57 MOSFET de potência Quando usar MOSFET: 1. Freqüências altas (acima de 50 khz); 2. Tensões muito baixas (< 500 V); 3. Potências baixas (< 1 kw).

58 Teste de MOSFETs Demo Demo: Teste de MOSFETs com multímetro.

59 IGBT Características de BJT e MOSFET IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor

60 IGBT Classificação das perdas: 1. Condução; ( ) P = i V + i V t f cond C CEsat B BEsat on 2. Comutação: Entrada em condução e bloqueio; 0 1 P ( ) com = tr + tf I E f 2 Detalhamento do cálculo de perdas

61 IGBT Quando usar IGBT: 1. Freqüências baixas (menor que 50 khz); 2. Tensões altas (> 500 V); 3. Potências altas (> 1 kw).

62 IGBT Quando usar IGBT: 1. Freqüências baixas (menor que 50 khz); 2. Tensões altas (> 500 V); 3. Potências altas (> 1 kw).

63 IGBT Encapsulamentos:

64 IGBT Encapsulamentos:

65 IGBT Dados de catalogo:

66 Teste de IGBTs Demo Demo: Teste de IGBTs com multímetro.

67 BJT x MOSFET x IGBT MOSFET IGBT BJT Tipo de comando Tensão Tensão Corrente Potência do comando Complexidade do comando Densidade de corrente Perdas de comutação Mínima Mínima Grande Simples Simples Média Elevada em baixas tensões e Baixa em altas tensões Muito elevada Média Muito baixa Baixa para Média Média para Alta

68 Próxima aula Semicondutores para eletrônica de potência: Dimensionamento e especificação de semicondutores.