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63
ELETRÔNICA INDUSTRIAL Eletrotécnica

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Page 1: Aula 01_eletronica Industrial

ELETRÔNICA INDUSTRIAL

Eletrotécnica

Page 2: Aula 01_eletronica Industrial

AULA 01

Dispositivos Semicondutores de Potência

Prof. George Cajazeiras

Page 3: Aula 01_eletronica Industrial

Nesta aula, definimos como objetivos da aprendizagem os seguintes aspectos:

• Compreender o conceito de Eletrônica Industrial;

• Conhecer os principais dispositivos semicondutores de potência utilizados na Eletrônica Industrial;

• Conhecer a simbologia;

• Compreender princípio de funcionamentos dos dispositivos;

• Reconhecer as características dos dispositivos semicondutores de potência.

OBJETIVOS

Prof. George Cajazeiras

Page 4: Aula 01_eletronica Industrial

Eletrônica Industrial é área da eletrônica e da engenharia que estuda a forma de controlar a energia elétrica através de dispositivos semicondutores de potência. A compreensão dos conceitos fundamentais, dos principais dispositivos e circuitos compõem a base técnica necessária a formação do técnico em Eletrotécnica.

A aplicação na indústria estende-se ao acionamento de bombas, compressores, ventiladores, máquinas ferramenta e entre outros.

INTRODUÇÃO À ELETRÔNICA INDUSTRIAL

Prof. George Cajazeiras

Page 5: Aula 01_eletronica Industrial

INTRODUÇÃO À ELETRÔNICA INDUSTRIAL

Principais Dispositivos Semicondutores

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Page 6: Aula 01_eletronica Industrial

A escolha de uma chave de potência para ser empregada a um conversor está associada principalmente à potência que ele deve controlar e à frequência em que ele deve operar. Existem alguns dispositivos que atualmente predominam na aplicação em determinadas faixas de potência e frequência de operação.

CAPÍTULO I – AULA 01

DISPOSITIVOS SEMICONDUTORES DE POTÊNCIA

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Page 7: Aula 01_eletronica Industrial

Os diodos de potência são bastante empregados em circuitos de eletrônica de potência.

Operam como chaves em circuitos como: retificadores, comutação em reguladores chaveados, isolação de tensão, conversores de alta frequência. A Fig. 1.1 mostra a simbologia do diodo semicondutor.

DIODOS SEMICONDUTORES DE POTÊNCIA

A (anodo) K (catodo)

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Fig.1.1 – simbologia do diodo semicondutor.

Page 8: Aula 01_eletronica Industrial

A característica estática de um diodo está representada na Fig. 1.2. Em condução, ele é representado por uma força-eletromotriz, VTO, associada em série com uma resistência, Rf.

DIODOS SEMICONDUTORES DE POTÊNCIA

Prof. George Cajazeiras Fig.1.2 – característica estática de um diodo.

Page 9: Aula 01_eletronica Industrial

PERDAS EM CONDUÇÃO Quando o diodo encontra-se em condução, a potência

dissipada em forma de calor é dada por (1.1):

(1.1) Onde: VTO - tensão direta; IAV - corrente média; IRMS - corrente eficaz; rf - resistência de condução.

DIODOS SEMICONDUTORES DE POTÊNCIA

2. . .cond TO AV f RMSP V I r I

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Page 10: Aula 01_eletronica Industrial

DIODOS SEMICONDUTORES DE POTÊNCIA

Entrada em Condução Verifica-se a existência de atraso para que o diodo entre em condução. Este é o tempo de entrada em condução e pode variar de 0.1 a 1.5s. O valor de pico de tensão em alguns casos pode alcançar valores próximos a 40V. As perdas na entrada em condução são representadas por (1.2): (1.2)

0

1. . . .

2FP F rfP V V I t f

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Page 11: Aula 01_eletronica Industrial

DIODOS SEMICONDUTORES DE POTÊNCIA

A Fig. 1.3 mostra as formas de onda de condução de um diodo.

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Fig.1.3 – Formas de onda de condução de um diodo.

Page 12: Aula 01_eletronica Industrial

DIODOS SEMICONDUTORES DE POTÊNCIA

COMUTAÇÃO O comportamento do diodo na operação de bloqueio pode ser visto na Fig. 1.4

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Fig.1.4 – Comportamento do diodo na operação de bloqueio.

Page 13: Aula 01_eletronica Industrial

DIODOS SEMICONDUTORES DE POTÊNCIA

COMUTAÇÃO Observe pela figura que o diodo só bloqueia quando a carga de recuperação reversa, Qrr, acumulada devido à capacitância presente na região de polarização direta e inversa, se anula. O tempo necessário para esta descarga é chamado de tempo de recuperação reversa, Trr. Qrr e Trr são dados pelo fabricante.

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Page 14: Aula 01_eletronica Industrial

DIODOS SEMICONDUTORES DE POTÊNCIA

COMUTAÇÃO Observe pela figura que o diodo só bloqueia quando a carga de recuperação reversa, Qrr, acumulada devido à capacitância presente na região de polarização direta e inversa, se anula. O tempo necessário para esta descarga é chamado de tempo de recuperação reversa, Trr. Qrr e Trr são dados pelo fabricante. Os diodos podem ser classificados em rápidos e lentos quanto ao tempo de recuperação reversa, Trr. Os rápidos apresentam Trr < 200ns. Já os diodos comuns apresentam Trr > 1s

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Page 15: Aula 01_eletronica Industrial

DIODOS SEMICONDUTORES DE POTÊNCIA

TIPOS - De uso geral: Trr > 1s, indicados para baixa frequência de chaveamento. Aplicação: conversores de baixa frequência. - Rápidos: Trr < 200ns, indicados para alta frequência de chaveamento. Aplicação: conversores CC/CC e CC/CA. - Schottky: Além de baixo Trr, uma baixa tensão de polarização direta, aproximadamente de 0,25V. Aplicação: corrente de fuga aumenta com a faixa de tensão e seus valores nominais estão limitados a 100V, 300A.

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Page 16: Aula 01_eletronica Industrial

DIODOS SEMICONDUTORES DE POTÊNCIA

Encapsulamentos

Fonte: http://www.semikron.com

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Fig.1.5 – Encapsulamentos.

Page 17: Aula 01_eletronica Industrial

TRANSISTORES DE POTÊNCIA

O transistor bipolar de potência é um semicondutor que apresenta controle de condução mediante a manutenção de uma corrente em sua base. Comparado aos transistores de baixa potência, apresentam maiores tensões diretas de bloqueio no estado desligado, alta capacidade de condução de corrente e ganhos de corrente baixos, entre 2 e 20. A Fig. 1.6 mostra a simbologia do transistor bipolar NPN.

C (coletor)

E (emissor)

B (base)

Prof. George Cajazeiras Fig.1.6 – Simbologia do transistor bipolar NPN.

Page 18: Aula 01_eletronica Industrial

TRANSISTORES DE POTÊNCIA

As características de saída (Vce x Ic) de um transistor de potência NPN em emissor comum são apresentadas na Fig. 1.7.

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Fig.1.7 – Características de saída (Vce x Ic) de um transistor de potência NPN em emissor comum .

Page 19: Aula 01_eletronica Industrial

TRANSISTORES DE POTÊNCIA

Em aplicações de potência, p.ex. conversores estáticos, o transistor empregado como chave, ou seja, nas regiões de corte e saturação, pois a potência dissipada não seria tão significativa, já que na saturação Vce ≈ 0 e no corte Ic ≈ 0, resultando em ambos os casos Pc ≈ 0. O corte é obtido levando-se a corrente de base a zero ou mesmo a um pequeno valor negativo. A saturação é obtida com a aplicação de corrente na base do transistor.

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Page 20: Aula 01_eletronica Industrial

TRANSISTORES DE POTÊNCIA

Com o intuito de diminuir o tempo de comutação, isto é, tempo necessário para mudança da saturação para o corte e vice-versa, recomenda-se que a corrente de base seja apenas o suficiente para manter o transistor saturado (quase saturação). Assim, quanto menor o tempo de comutação, melhor o transistor para eletrônica de potência.

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Page 21: Aula 01_eletronica Industrial

TRANSISTORES DE POTÊNCIA

A Fig. 1.8 mostra o transistor bipolar de potência MJ11028 da ON Semiconductor. .

Fonte: http://onsemi.com

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Fig.1.8 – transistor bipolar de potência MJ11028 da ON Semiconductor.

Page 22: Aula 01_eletronica Industrial

MOSFET

O MOSFET (Metal–Oxide–Semiconductor Field-Effect Transistor), transistor de efeito de campo metal-óxido-semicondutor, é um transistor de chaveamento rápido. A Fig. 1.9 mostra a simbologia do MOSFET intensificação de canal N.

. D (dreno)

G (porta)

S ( fonte)

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Fig.1.9 – Simbologia do MOSFET intensificação de canal N .

Page 23: Aula 01_eletronica Industrial

MOSFET

O MOSFET é um dispositivo controlado por tensão, funcionando como uma chave fechada quando a tensão gate-source (Vgs) é suficientemente grande e, como uma chave aberta quando a tensão Vgs está abaixo de um valor limiar. A baixa potência requerida no comando é usada apenas para carregar e descarregar as capacitâncias intrínsecas de entrada. Para que ele permaneça ligado, é necessária a aplicação contínua da tensão Vgs com um valor apropriado. Não há corrente no terminal de gate, exceto durante os transitórios do estado ligado para o desligado e vice-versa, ou seja, quando a capacitância do gate está começando a carregar ou descarregar.

.

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Page 24: Aula 01_eletronica Industrial

MOSFET

O MOSFET possui as seguintes características: Tempos de comutação extremamente curtos. Desse modo, podem

operar com frequências mais elevadas; Alta impedância de entrada, entre gate e source. Assim, a potência

consumida e a complexidade dos circuitos de comando são muito menores e o ganho é mais alto;

Área de operação maior; Mais fácil de ser associado em paralelo, sobretudo porque a

resistência em estado de condução, RDSon, tem coeficiente positivo de temperatura, isto é, se a temperatura aumentar e RDSon aumenta.

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Page 25: Aula 01_eletronica Industrial

MOSFET

A Fig. 1.10 mostra o encapsulamento e as características do MOSFET de potência AUIRFS3107 da International Rectifier.

Fonte: http:// www.irf.com

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Fig.1.10 – encapsulamento e as características do MOSFET de potência AUIRFS3107 da International Rectifier.

Page 26: Aula 01_eletronica Industrial

IGBT

O IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), transistor bipolar de porta isolada, é um dispositivo que combina as melhores características do transistor bipolar e do MOSFET. Além disso, apresenta alta impedância de gate, necessitando de pouca energia para chavear o dispositivo. Apresenta tensão de condução da ordem de 2 a 3V e tensão de ruptura de até 1000V. Similarmente ao GTO, o IGBT pode bloquear tensões reversas. A Fig. 11 mostra a simbologia do IGBT canal N.

C (coletor)

G (porta)

E (emissor)

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Fig.1.11 – Simbologia do IGBT canal N.

Page 27: Aula 01_eletronica Industrial

IGBT

O IGBT possui as seguintes características: Possui características de baixa queda de tensão no estado

ligado do transistor bipolar com as ótimas características de chaveamento do MOSFET;

Preferência sobre o MOSFET em aplicações onde as perdas

por condução podem degradar sua eficiência; Velocidade de chaveamento é maior que do transistor bipolar,

porém é menor que a do MOSFET; É acionado por tensão, como o MOSFET e apresenta baixa

resistência em estado de condução, RDSon, como o transistor bipolar.

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Page 28: Aula 01_eletronica Industrial

IGBT

A Fig. 1.12 mostra o encapsulamento e as características do IGBT de potência IRG6S330UPbF da International Rectifier.

Fonte: http:// www.irf.com

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Fig.1.12 – Encapsulamento e as características do IGBT de potência IRG6S330UPbF da International Rectifier.

Page 29: Aula 01_eletronica Industrial

SCR

O SCR (Silicon Controlled Rectifier), retificador controlado de silício, é um dispositivo semicondutor de quatro camadas com estrutura PNPN com três junções PN. Possui três terminais: anodo, catodo e gatilho (gate), sendo este o elemento de controle. A Fig. 1.13 mostra em (a) estrutura interna e (b) a simbologia do SCR.

A (anodo)

K (catodo)

G (porta)

K

P

N

P

A

G

N

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Fig.1.13 – (a) Estrutura interna e (b) a Simbologia.

Page 30: Aula 01_eletronica Industrial

SCR Curva Característica do SCR.

Região de bloqueio

IH

IL

VT-IR VAKVAK1VAK2

IT

IG = 0IG1 IG2 > >Corrente de travamento

Corrente de manutenção

Tensão de

ruptura reversa

Corrente de

fuga reversa

Queda de

tensão direta

Corrente de direta máxima ITM

Disparo por

pulso no gate

Disparo sem

pulso no gate

VBO

Tensão de

ruptura direta

Região de condução

-VBD

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Page 31: Aula 01_eletronica Industrial

SCR

Mesmo que junção anodo-catodo esteja polarizada diretamente (tensão de anodo positiva em relação ao catodo), se a junção gate-catodo não estiver polarizada diretamente, sua corrente é apenas a de fuga direta, diz-se, então, que o SCR está na condição de bloqueio direto (forward blocking) ou estado desligado (off-state). Se a tensão entre anodo e catodo, VAK, atingir um valor muito alto, ele passará a conduzir. Diz-se, então, que atingiu a ruptura por avalanche, sendo esta tensão chamada de tensão de ruptura direta (forward breakover voltage, VBO), o SCR estará no estado de condução ou estado ligado (on-state). Observa-se que este método não deve ser utilizado comumente na prática, pois requer valor bastante elevado de tensão entre anodo e catodo, VAK, e pode danificá-lo.

Polarização direta da junção anodo-catodo com gate aberto

Funcionamento

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Page 32: Aula 01_eletronica Industrial

SCR

Na prática, a VAK é mantida abaixo da VBO e o SCR é disparado pela aplicação de um pulso positivo de corrente no gatilho, conseguido pela polarização direta da junção gate-catodo. Se no momento do disparo houver uma corrente de anodo, IA, maior de que a corrente travamento (latching current, IL), ele permanecerá em condução mesmo que o pulso de corrente no gatilho seja retirado, diz-se, então, que ele está travado. Para destravá-lo, basta reduzir a corrente de anodo, IA, a um valor abaixo da corrente de manutenção (holding current, IH)). A corrente de manutenção é da ordem de miliampères e é menor que a corrente de travamento.

Polarização direta das junções anodo-catodo e gate-catodo:

Funcionamento

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Page 33: Aula 01_eletronica Industrial

SCR

A ação de travamento pode ser explicada baseada no circuito equivalente com dois transistores bipolares, um PNP e outro NPN. Fig. 1.14 mostra em (a) estrutura interna e em (b) circuito equivalente com dois transistores bipolares do SCR.

Travamento do SCR

(b)(a)

K

A

G

P

NN

N

PP

A

K

GIG

IK

IA = IT

IB1 = IC2

IB2

IC1

Q1

Q2

Funcionamento

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Fig.1.14 – (a) Estrutura interna e (b) Circuito equivalente com dois transistores bipolares do SCR.

Page 34: Aula 01_eletronica Industrial

SCR

Injetando-se corrente na base (IG) do NPN (Q2), através da polarização direta da sua junção B-E, levando-o a saturação, assim, haverá corrente de coletor (IC2) do transistor NPN (Q2). Se o anodo SCR estiver positivo, a junção E-B do transistor PNP (Q1) estará diretamente polarizada, levando-o à saturação, então o transistor PNP (Q1) alimentará com corrente de base (IC1) o transistor NPN (Q2), mantendo sua corrente de base (IB2), dispensando a injeção de corrente de base externa.

(b)(a)

K

A

G

P

NN

N

PP

A

K

GIG

IK

IA = IT

IB1 = IC2

IB2

IC1

Q1

Q2

Travamento do SCR

Funcionamento

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Page 35: Aula 01_eletronica Industrial

SCR

Formas de disparo do SCR

Por Pulso de Corrente no Gatilho (gate)

SCR é disparado pela aplicação de um pulso positivo de corrente no gatilho, conseguido pela polarização direta da junção gate-catodo. À medida que a corrente de gatilho aumenta, a tensão de bloqueio direta diminui.

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Page 36: Aula 01_eletronica Industrial

SCR

À medida que a temperatura de um SCR se eleva, aumenta sua corrente de fuga, diminuem a tensão de breakover, VBO e a corrente de manutenção podendo dispará-lo.

Formas de disparo do SCR

Por Temperatura

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Page 37: Aula 01_eletronica Industrial

SCR

A incidência de luz em suas junções aumentará a formação de pares lacunas-elétrons, aumentando a corrente de fuga, podendo dispará-lo. O LASCR (Light-Activated Silicon Controlled Rectifier) é um SCR ativado por luz, apresenta uma janela para recebimento de luz e o gatilho é usado para controle de sensibilidade de disparo.

Formas de disparo do SCR

Por Luz

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Page 38: Aula 01_eletronica Industrial

SCR

O SCR poderá ser levado do estado de bloqueio para o estado de condução, sem aplicação de pulso no gatilho, aplicando-se uma tensão em sentido direto que supere a tensão de breakover máxima especificada pelo fabricante.

Formas de disparo do SCR

Por Tensão de Breakover (gate)

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Page 39: Aula 01_eletronica Industrial

SCR

SCRs sensíveis quanto ao disparo podem ser disparados se o gatilho captar sinais de interferência. Por exemplo: o SCR TIC106. Para evitar este tipo de disparo, conecta-se um resistor entre gate-catodo. A Fig. 1.15 mostra o SCR com resistor entre gate-catodo para evitar disparo por ruído o resistor.

A

G

K

RGC

Formas de disparo do SCR

Por Ruído

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Fig.1.15 – SCR com resistor entre gate-catodo para evitar disparo por ruído o resistor.

Page 40: Aula 01_eletronica Industrial

SCR

Quando o SCR está no estado de bloqueio, se a taxa de crescimento da tensão que entra anodo-catodo for alta, causará um fluxo elevado de corrente, através dos capacitores das junções, podendo ser suficiente para dispará-lo. O valor desta corrente pode até danificar o SCR, devendo ser protegido contra dV/dt elevado.

Formas de disparo do SCR

Por dV/dt

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Page 41: Aula 01_eletronica Industrial

SCR

Os fabricantes especificam seu valor máximo, por exemplo: BT151-500 – dV/dt = 130V/µs . Associando-se ao SCR um circuito de amortecimento, snubber, é possível reduzir a taxa de crescimento da tensão. A Fig. 1.16 mostra o SCR com circuito snubber para evitar o disparo por dV/dt.

Snubber

A

K

G

Rs

Cs

Formas de disparo do SCR

Por dV/dt

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Fig.1.16 – SCR com circuito snubber para evitar o disparo por dV/dt.

Page 42: Aula 01_eletronica Industrial

SCR

Operam, geralmente, com a frequência da rede. É desligado por comutação natural. Utilizados em aplicações de baixa velocidade de chaveamento. Tempo de desligamento na faixa de 50 a 100µs.

Tipos de SCR

SCR de Controle de Fase

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Page 43: Aula 01_eletronica Industrial

SCR

Utilizados em aplicações de chaveamento de alta velocidade com comutação forçada. Tempo de desligamento na faixa de 5 a 50µs.

Tipos de SCR

SCR de Chaveamento Rápido

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Page 44: Aula 01_eletronica Industrial

SCR

Especificações de SCR

VDRM

VBO Peak Repetitive Off State Forward Voltage

Tensão direta de pico repetitivo, no estado desligado, aplicada em sentido direto. É a tensão de ruptura direta, dispara sem pulso no gatilho.

IDRM Peak Forward Blocking Current Corrente direta máxima, no estado desligado, quando o SCR está diretamente polarizado.

VRRM

VBD

Peak Repetitive Off State Reverse Voltage

Tensão reversa de pico repetitivo, no estado desligado, aplicada em sentido reverso. É a tensão de ruptura reversa. Danifica o SCR.

IRRM Peak Reverse Blocking Current Corrente reversa máxima.

VTM Peak On State Voltage Tensão máxima direta no estado ligado. É a queda de tensão direta entre anodo e catodo quando o SCR está conduzindo.

IH Holding Current Corrente de manutenção. É o valor da corrente de anodo abaixo do qual o SCR comuta para o estado desligado.

IL Latching Current

Corrente de travamento. É a mínima corrente de anodo necessária para manter o SCR no estado ligado (travado), logo após ter sido disparado e o pulso de gatilho ter sido retirado.

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Page 45: Aula 01_eletronica Industrial

SCR

Encapsulamentos de SCR

Fonte: http://www.semikron.com

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Fig.1.17 – Encapsulamentos de SCR.

Page 46: Aula 01_eletronica Industrial

SCR

Encapsulamentos de SCR

Fonte: http://www.onsemi.com

Características do SCR - 2N650xG da ON Semiconductor

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Fig.1.18 – Características do SCR - 2N650xG da ON Semiconductor.

Page 47: Aula 01_eletronica Industrial

TRIAC

O TRIAC (Triode for Alternating Current), triodo de corrente alternada, é um componente que pertence à família dos tiristores. É um dispositivo bidirecional em relação à circulação da corrente e é normalmente empregado no controle de fase CA. Funciona como dois SCRs conectados em antiparalelo com seus gatilhos em conexão comum. A Fig. 1.19 mostra em (a) estrutura interna, (b) a simbologia e em (c) o circuito equivalente com dois SCRs do TRIAC.

MT2

G

MT1

(b)

MT1

G

MT2

(c)

NP

N

NNP

NN

(a)

MT2

MT1G

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Fig.1.19 – (a) Estrutura interna, (b) Simbologia e em (c) Circuito equivalente com dois SCRs do TRIAC.

Page 48: Aula 01_eletronica Industrial

TRIAC

O TRIAC pode ser disparado por pulso positivo ou por pulso negativo. A sensibilidade varia de um quadrante de operação para outro, normalmente operam no 1º e 3º quadrantes. No 1º quadrante o MT2 e G, são positivos em relação ao MT1 – é a mais sensível de todas, pois exige menor valor de corrente de gatilho para o disparo, e no 3º quadrante o MT2 e G são negativos em relação ao MT1.

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Page 49: Aula 01_eletronica Industrial

TRIAC

A Fig. 1.20 mostra as polarizações de operação do TRIAC.

(+) MT2

G MT1

(+) IGT

1º Quadrante

(-) MT2

G MT1

(+) IGT

4º Quadrante

(-) MT2

G MT1

(-) IGT

3º Quadrante

(+) MT2

G MT1

(-) IGT

2º Quadrante

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Fig.1.20 – Polarizações de operação do TRIACs.

Page 50: Aula 01_eletronica Industrial

TRIAC Curva característica do TRIAC.

IH

IL

VT VAKVAK1VAK2

IT

IG = 0IG1 IG2 > >Corrente de travamento

Corrente de manutenção

Tensão de

ruptura reversa

Corrente de direta máxima ITM

Disparo por

pulso no gate

Disparo sem

pulso no gate

VBO

Tensão de

ruptura diretaIG = 0 >>

-IL

-IH

-VBO

-ITM

-VT-VAK1 -VAK2

Disparo por

pulso no gate

Disparo sem

pulso no gate

-IG1 -IG2

Região de condução

Região de condução

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Page 51: Aula 01_eletronica Industrial

TRIAC

Encapsulamentos de TRIAC

Fonte: http://www.onsemi.com

Características do TRIAC - BTA30 da ON Semiconductor

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Fig.1.21 – Características do TRIAC - BTA30 da ON Semiconductor.

Page 52: Aula 01_eletronica Industrial

TRIAC

Controle LIGA-DESLIGA: neste, a chave conecta a alimentação CA à carga durante alguns ciclos e depois se desconectam.

Controle de ÂNGULO DE FASE: neste caso, a chave conecta a

alimentação CA à carga durante parte de cada ciclo.

Controle de Potência com o TRIAC

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Page 53: Aula 01_eletronica Industrial

TRIAC

A Fig. 1.22 mostra o circuito de um controlador de ângulo de fase utilizando TRIAC.

Controle de Potência com o TRIAC

60W-220V0,5A

220V

60Hz

MT2

G

MT1

TIC 206DDB3

150nF

220kΩ

4k7Ω

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Fig.1.22 – Controlador de ângulo de fase utilizando TRIAC.

Page 54: Aula 01_eletronica Industrial

DIAC

O DIAC (Diode Alternative Current), diodo de corrente alternada, é um dispositivo semicondutor de três camadas de dois terminais e opera como dois diodos ligados em série, de forma que o catodo e um é ligado ao catodo do outro. Permite a condução de corrente em ambos os sentidos, desde que seja atingida sua tensão de disparo, o que torna possível sua utilização em CA. A Fig. 1.23 mostra a simbologia do DIAC.

MT2

MT1 Prof. George Cajazeiras

Fig.1.23 – Simbologia do DIAC.

Page 55: Aula 01_eletronica Industrial

DIAC

Quando o DIAC está submetido a uma tensão inferior a ±VBO (tensão de breakover), tensão de disparo, permanece bloqueado. Após atingir a tensão de disparo, ±VBO, entre ±25V e ±45V nos mais comuns, entra em estado de condução. Nesse instante, produz-se uma região de resistência negativa, isto é, uma queda de tensão entre seus terminais resulta em aumento de corrente, até que esta queda de tensão atinja um pequeno valor e se mantenha praticamente constante. Para comutar para o estado desligado (bloqueio), é necessário reduzir a corrente que circula entre seus terminais a um valor inferior à corrente de manutenção, IH.

Funcionamento

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Page 56: Aula 01_eletronica Industrial

DIAC

A Fig. 2.24 mostra a curva característica e o encapsulamento e a tabela as especificações do DIAC DB3 da DIOTEC.

Fonte: http://www.diotec.com

DIAC - DB3

Tensão de Breakover VBOmín 36V

VBOmáx 28V

|VBO_direta – VBO_reversa| < 3.8V

IF (direta) e IR (reversa) 10mA

Pmáx 150mW

dV/dt 10 V/μs

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Fig.1.24 – curva característica e o encapsulamento e a tabela as especificações do DIAC DB3 da DIOTEC..

Page 57: Aula 01_eletronica Industrial

GTO

O GTO (Gate Turn-Off ), tiristor de desligamento por porta, é um tiristor que pode ser disparado pela aplicação de um pulso curto de corrente positiva de gatilho, e pode continuar conduzindo mesmo que se retire esta corrente, como no SCR. Entretanto, diferentemente do SCR, pode ser desligado pela aplicação de um pulso curto de corrente negativa de gatilho.

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Page 58: Aula 01_eletronica Industrial

GTO

A duração do pulso de corrente negativa no gatilho é da ordem de µs, mas deve ter uma grande amplitude, tipicamente da ordem de grandeza da corrente de carga (de anodo). Na realidade, a aplicação de um pulso negativo de corrente no gatilho faz com que haja um aumento do valor da corrente de manutenção a ponto desta superar a corrente de carga. A Fig. 1.25 mostra a simbologia do GTO.

A (anodo)

K (catodo)

G (porta)

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Fig.1.25 – Simbologia do GTO.

Page 59: Aula 01_eletronica Industrial

GTO

Possui as seguintes características vantagens: Não necessidade de circuitos de comutação forçada, resultando

em redução de custo, peso e volume; Redução de ruídos acústicos e eletromagnéticos, devido a não

utilização de indutores de comutação; Desligamento rápido (bloqueio), podendo operar com elevada

frequência de chaveamento; Possibilita maior eficiência dos conversores.

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Page 60: Aula 01_eletronica Industrial

GTO

Possui as seguintes características desvantagens: Circuito de comando mais complexo que o dos tiristores, visto

que além de permitir a aplicação de pulsos positivos e negativos de corrente para disparo e bloqueio, respectivamente;

Exige circuito de proteção contra sobrecorrente quando, na

operação de bloqueio, seja exigida uma corrente superior a máxima especificada pelo fabricante, denominada de máxima corrente direta controlável, ITGQ, que é a máxima corrente de carga em estado de condução que pode ser desligada pelo controle do gatilho. Geralmente, são utilizados snubbers para proteger o componente no desligamento, principalmente contra sobrecorrentes.

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Page 61: Aula 01_eletronica Industrial

GTO

Possui as seguintes características desvantagens: Em estado de condução, é semelhante ao SCR, porém tem queda

de tensão mais alta, por exemplo, a queda tensão típica de um GTO de 500A e 1200V é de 3,4V, já a de um SCR com as mesmas características é igual a 1,4V;

Na região reversa, não apresenta uma capacidade de bloqueio

elevada (20V a 30V), obrigando a utilização de um diodo em antiparalelo com o anodo e o catodo;

Corrente de pico necessária para comutá-lo elevada.

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GTO

Possui as seguintes características desvantagens: Necessidade de circuito que limite a taxa de crescimento da

corrente e da tensão entre anodo e catodo, snubber; As perdas de potência são maiores que as do SCR, por causa

das perdas de condução. A Fig. 1.26 mostra o GTO com o circuito snubber e o diodo em antiparalelo.

SnubberDiodo em

antiparalelo Prof. George Cajazeiras

Fig.1.26 – GTO com o circuito snubber e o diodo em antiparalelo.

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CONSIDERAÇÕES FINAIS

Nessa aula, foi conceituada a eletrônica industrial e realizado o estudo dos principais dispositivos semicondutores aplicados à eletrônica de industrial, apresentando o princípio de funcionamento, simbologia, especificação técnica e aplicação prática, o que compreende o conhecimento necessário para desenvolvimento de ações de manutenção e projeto de aplicações práticas.

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