Prof. Amauri Assef. UTFPR Campus Curitiba 1

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1 UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETROTÉCNICA CURSO DE ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA Disciplina de Eletrônica de Potência ET66B Aula 3 amauriassef@utfpr.edu.br 1

2 Principais características É um dispositivo não-controlado (comuta espontaneamente) Conduz quando diretamente polarizado e bloqueia quando i<0 V AC > 0 Possui uma queda de tensão intrínseca quando em condução V F ~ 1V (forwardvoltage) F Não são facilmente operados em paralelo, devido aos seus coeficientes térmicos de condução serem negativos Quanto maior temperatura menor a queda direta Pode conduzir reversamente durante um tempo t rr (tempo de recuperação reversa- especificado pelo fabricante) 2

3 Características estáticas (tensão-corrente): Circuito equivalente do diodo Ideal Real P = V i + c ( TO ) Dmed r T I Def 2 Região de avalanche (curto-circuito) 3

4 Exercício: Calcular a corrente I F, a tensão V F, e a potência no diodo D polarizado diretamente por uma fonte de tensão contínua de 50V, em série com um resistor de 100Ω. Considerar r T = 15mΩe V (TO) = 0,7V: 4

5 Características dinâmicas (considera-se D real): Tempo de recuperação reversa-t rr Bastante significativo em aplicações de chaveamento em alta velocidade provocam substâncias perdas e sobrecorrentes O diodo real não passa, em um único instante, do estado de condução para o de não-condução (comutação abrupta) Nesse momento uma corrente reversa flui por um breve período, e o diodo continua conduzindo devido aos portadores minoritários que permanecem na junção pne no material semicondutor propriamente dito Os portadores minoritários requerem um certo tempo para recombinar com as cargas opostas e ser neutralizados C Capacitância de recuperação do diodo (da junção) Q rr carga armazenada em C durante condução 5

6 Inicialmente S bloqueado Malha L e D circuito I L em roda livre S é fechado corrente I L transferida de D para S Comutação diodo bloqueia I L = i S + i F (constante) S fechado corrente i F Velocidade de decrescimento depende: 6

7 Com i F =0 Ocorre a descarga de C i D torna-se negativa, até que Q rr seja toda removida I RM representa o pico da corrente de recuperação do diodo Q rr = 0 diodo bloqueado A taxa de variação de corrente, associada à indutância parasita série provoca sobretensão negativa em D durante bloqueio (pode ser destrutiva) Utilizar snubberrc série em paralelo com o diodo 7

8 Formas de onda: 8

9 Conclusão: o tempo de recuperação reversa (t rr ) e a carga armazenada na junção (Q rr ) estão relacionadas diretamente com as perdas de comutação Equações: di F /dt estabelecido pelo projetista (depende do circuito) Q rr dado do fabricante quanto menor, mais rápidoé o diodo 9

10 Exercício: O tempo de recuperação de um diodo é t rr =3 μs e a taxa de decaimento da corrente do diodo é di/dt=30a/μs. Determinar (a) a carga armazenada Qrre (b) a corrente reversa máxima de pico I RM. 10

11 Entrada em condução do diodo: Circuito para o estudo da entrada em condução do diodo e formas de onda durante a comutação (entrada em condução) Atraso de entrada em condução 11

12 t rf : tempo de entrada em condução Pode variar entre 0,1 a 1,5 μs V FP : tensão de pico na entrada em condução Pode alcançar valores próximo de 40V Diodos rápidos reduzem t rf e V FP O atraso e a sobretensãosão devidos à variação da resistência do diodo durante entrada em condução Em conversores comutados pela linha, as perdas de comutação podem ser desconsideradas 12

13 Classificação quanto ao tempo de recuperação: Diodos lentos (standard-recovery) t rr > 1 μs Line frequencydiodes operação em baixa frequência, geralmente menor que 1 khz Diodos rápido (fast-recovery) t rr < 200 ns Soft-recovery Variação de corrente suavizada para evitar picos de tensão Diodos ultra-rápidos (ultrafast-recovery) t rr < 70 ns Aplicação em fontes chaveadas Pode-se reduzir o circuito snubberde proteção 13

14 Demais valores nominais: Corrente direta média máxima I F(avg)max É a corrente máxima que o diodo pode aguentarcom segurança quando polarizado diretamente Corrente máxima de surto -I FSM Proteções Sobretensão É a corrente máxima que o diodo pode suportar durante um transitório fortuito ou diante de um defeito do circuito Sobrecorrente Transitórios circuito snubber 14

15 Exemplo: 1N4007 (standard) 15

16 Exemplo: MUR460 (ultrafast) 16

17 17

18 Diodos Schottky Possuem uma baixa queda de tensão de condução, tipicamente de 0,3V Baixo tempo de recuperação baixa perdas por condução Circuitos Snubbers menores e menos dissipativos Aplicação em fontes de baixa tensão, nas quais as quedas sobre os retificadores são significativas Desvantagem: baixa tensão direta e inversa suportável 18

19 Eletrônica de Potência RETIFICADORES A DIODO Retificador Monofásico Meia Onda a Diodo 1) Carga Resistiva Pura Onde: v( ωt ) = V sen ( ωt ) = 2V Sendo: V o = valor eficaz da tensão de alimentação m o sen ( ωt ) 19

20 Eletrônica de Potência RETIFICADORES A DIODO Formas de onda para carga R(pura): 20

21 Eletrônica de Potência RETIFICADORES A DIODO Tensão média na carga: V Lmed = 1 2 π 2V π 0 0 sen ( ωt V )dωt med = 1 T t 0 + T t 0 f ( t ) dt 2V0 V Lmed = = 0, 45V π Corrente média na carga: 0 I Lmed = 1 2 π 2V 0 π 0 R sen ( ωt )dωt I Lmed = V Lmed R = 0, 45V R 0 21

22 Eletrônica de Potência RETIFICADORES A DIODO Corrente de pico no diodo: 2V R 0 I Dp = Tensão de pico inversa do diodo: V Dp = 2V 0 Corrente eficaz no diodo V rms = 1 T t 0 + T t 0 2 [ f ( t )] dt 2 π 2 1 2V 0 2 2V 0 π V0 V0 I Lef = sen ( t )d t 0, = = = R ω ω π 2 R 2 R R 0 π 2 22

23 Exercícios: 1) Seja o retificador de meia onda alimentando carga resistiva pura com V o =120V (valor eficaz) e R=50Ω. Calcular: (a) tensão média na carga,(b) corrente média na carga, (c) corrente eficaz na carga e (d) potência transferida ao resistor R. Desenhar os gráficos de V L, I L e V D indicando os valores máximos e mínimos. 2) Considerando r T = 12mΩe V (TO) = 0,85V, calcular a potência de condução do diodo: P = V i + c ( TO ) Dmed r T I Def 2 23

24 Eletrônica de Potência -Revisão Referências bibliográficas: BARBI, Ivo. Eletrônica de Potência; 6ª Edição, UFSC, 2006 MUHAMMAD, RashidEletrônica de Potência; Editora: MakronBooks, 1999 ERICKSON, Robert W.; MAKSIMOVIC, Dragan. Fundamentals of power electronics. New York: Kluwer Academic, 2001 AHMED, Ashfaq. Eletrônica de Potência; Editora: PrenticeHall, 1a edição, 2000 Materiais de aula do Prof. Leandro Michels UDESC 24