capÍtulo -...

CAPÍTULO - 1

ESTUDO DOS COMPONENTES EMPREGADOS EM

ELETRÔNICA DE POTÊNCIA (DIODOS E TIRISTORES)

1.1 - O DIODO

1.1.a - Diodo Ideal

O diodo ideal está representado na figura 1.1.

-

C

F

vF+

A

i

Fig. 1.1 - Representação do diodo ideal.

A sua característica tensão corrente está representada na figura 1.2.

iF

vF

Fig. 1.2 - Característica estática do diodo ideal.

Cap. 1- Estudo dos Componentes Empregados em Eletrônica de Potência

Eletrônica de Potência

5

Para tensões vF > 0, o diodo apresenta resistência nula. Para tensões vF < 0, ele apresenta

resistência infinita. Assim o diodo ideal, quando polarizado diretamente, não apresenta nenhuma

perda de energia. Quando polarizado inversamente, é capaz de bloquear uma tensão infinita. Tais

características são as de um interruptor ideal.

1.1.b - Característica Estática de um Diodo Real

A característica estática de um diodo real está representada na figura 1.3.

Tal característica é estabelecida experimentalmente para cada diodo. Em condução, ele é

representado por uma força-eletromotriz V(TO) associada em série com uma resistência rT. A

equivalência está representada na figura 1.4.

iF

vFV(TO)

VRRM IR

1rT

Fig. 1.3 - Característica estática de um diodo real.

-

C

F

vF

F

+

A

i

i

A

V(TO)

+

C

rT

-vF

Fig. 1.4 - Circuito equivalente de um diodo.

A tensão reversa máxima que o diodo pode bloquear é limitada. Na figura essa tensão

está representada por VRRM. Tensões superiores a esse valor são destrutivas para o componente,



6

porque ele entra em condução, mantendo a tensão elevada e conseqüentemente gerando grande

quantidade de calor na junção.

Constata-se também que, quando polarizado inversamente, circula no diodo uma

corrente de baixo valor.

A título de exemplo, estão apresentados abaixo alguns dados de um diodo de potência,

obtidos em catálogo de fabricante.

Diodo : SKN20/08

VRRM = 800V

V(TO) = 0,85V

rT = 11m

Corrente média 20A (para Tcápsula = 125oC)

IR = 0,15mA

1.1.c - Perdas em Condução

Quando o diodo encontra-se em condução, a potência que nele é perdida e convertida

em calor é dada pela expressão (1.1).

P V I r ITO Dmed T Def ( )2

(1.1)

Onde:

IDmed = Valor médio da corrente.

IDef = Valor eficaz da corrente.

A expressão (1.1) é genérica, podendo ser empregada para qualquer forma de onda.

1.1.d - Características Dinâmicas dos Diodos

Inicialmente serão analisados os fenômenos associados ao bloqueio de um diodo.

Seja a estrutura representada na figura 1.5.

IiF

DL L

iSS

E

Fig. 1.5 - Circuito para o estudo da comutação de um diodo.

Inicialmente o interruptor S encontra-se bloqueado. Na malha LD circula a corrente IL

em roda livre.



7

Na figura, representa a indutância parasita do circuito. Quando S é fechado, a corrente

do indutor L é transferida do diodo para S. Essa mudança de um ramo para outro chama-se

comutação.

Na comutação mostrada o diodo se bloqueia.

As seqüências do bloqueio estão descritas nas figuras 1.6 e 1.7.

C representa a capacitância de recuperação do diodo. Qrr representa a carga armazenada

em C quando o diodo está conduzindo.

Durante a comutação a corrente IL será considerada constante. Assim:

i i IS F L (1.2)

C+

-Qrr

IiFiD

DL L

iSS

E

Fig. 1.6 - Estudo da comutação do diodo.

Após S ser fechado, a corrente iF começa a decrescer. A sua velocidade de

decrescimento depende de E e segundo a relação (1.3).

di

dt

EF

(1.3)

Após a corrente no diodo ideal ter se anulado, ocorre a descarga do capacitor C. Nesse

intervalo a corrente iD torna-se negativa, até que Qrr seja toda evacuada (Figura 1.7).

IRM

ID-

+vD

IRM L L

ILISRM

E

Fig. 1.7 - Estudo da comutação do diodo.

Quando Qrr se anula, o diodo se bloqueia. O indutor provoca uma sobretensão sobre o

diodo, que pode ser destrutiva. Essa sobretensão pode ser evitada se for colocado um circuito RC

em paralelo com o diodo. As formas de onda estão representadas na figura 1.8.



8

iF

IL tr t

t

ri

rr

t

E

t3t2

t1t0

VD

IRM

Vpico

Qrr

di

dt

EF

Fig. 1.8 - Tensão e corrente em um diodo durante o bloqueio.

Pode-se obter os valores de trr e de IRM com o emprego das expressões empíricas (1.4) e

(1.5).

tQ

di dtrrrr

F

3 (1.4)

I Qdi

dtRM rrF

4

3 (1.5)

O valor de Qrr é dado pelo fabricante do diodo. O valor de di dtF depende do circuito e

é estabelecido pelo projetista.

Segundo as expressões (1.4) e (1.5) tanto o tempo de recuperação do diodo quanto o

pico da corrente inversa dependem de Qrr. Quanto menor Qrr, mais rápido será o diodo.

Os diodos, quanto à velocidade de recuperação, são classificados em rápidos, ultra-

rápidos e lentos. Por exemplo, para correntes até 50A e tensões de 500V, os diodos rápidos

apresentam trr menores que 200ns e os diodos ultra-rápidos apresentam trr menores que 70ns. Os

diodos comuns, empregados em retificação de baixa freqüência apresentam trr superiores a 1s.

No circuito apresentado na figura 1.5 não há uma impedância que limite o valor de pico

da corrente inversa. No circuito representado na figura 1.9 a corrente inversa é limitada pelo

resistor r.

D

r

L

S

E

Fig. 1.9 - Circuito com limitação da corrente de pico.



9

A forma de corrente do diodo está apresentada na figura 1.10.

iF

t rr t

I RM

di

dt

F

Fig. 1.10 - Corrente do diodo para a figura 1.9.

Para o caso da figura 1.9 são empregados as seguintes expressões:

IE

rRM (1.6)

tQ

I

I

di dtrrrr

RM

RM

F

0,63( )

(1.7)

Serão considerados a seguir os fenômenos associados à entrada em condução de um

diodo.

Seja o circuito representado na figura 1.11.

E

FvF i

R

Fig. 1.11 - Circuito para o estudo da comutação do diodo.

Com o circuito apresentado pode-se impor no diodo a corrente cuja forma está

representada na figura 1.12.

iF

vF

t

I o

tFPV

VF2V

rftRD

t

di

dt

F

Fig. 1.12 - Formas de onda relativas à entrada em condução de um diodo.



10

Verifica-se a existência de um certo tempo para que o diodo entre em condução. É o

tempo de entrada em condução e pode variar de 0,1 a 1,5s. O valor de pico da tensão em alguns

casos pode alcançar valores próximos de 40V.

O que explica o atraso e a sobretensão é a existência de uma variação da resistência do

diodo, mostrado na figura 1.12.

Os fenômenos mostrados só aparecem quando o diodo é atacado por uma fonte de

corrente.

A experiência mostra que nos circuitos de baixa tensão, onde o diodo não pode ser

atacado em corrente, o diodo introduz no circuito um atraso considerável na corrente.

Como no caso do bloqueio, o emprego de diodos rápidos reduz o valor de VFP e do

tempo de entrada em condução trf.

1.1.e - Perdas na Comutação

As perdas nos diodos na entrada em condução são representadas pela expressão (1.8).

P V V I t fFP F o rf1 0 5 , ( ) (1.8)

Para freqüências inferiores a 40KHz essas perdas podem ser ignoradas.

As perdas que ocorrem no bloqueio são calculadas com a expressão (1.9).

P Q Efrr2 (1.9)

Sendo f a freqüência das comutações e E a tensão aplicada no diodo após a comutação.

1.1.f - Emprego dos Diodos Rápidos

Há um grande número de aplicações em que o emprego do diodo rápido é de grande

interesse ou mesmo indispensável. Em seguida serão apresentados alguns casos típicos.

a) Retificação a freqüência elevada

Nesses casos o emprego de diodos rápidos diminui as perdas nas comutações e diminui a

rádio-interferência.

b) Conversores a transistor

Tome-se como exemplo a estrutura apresentada na figura 1.13.

Quando o transistor entra em condução, o diodo inicialmente em condução se bloqueia.

A corrente de pico inversa do diodo circula pelo transistor. Se o diodo não for rápido, tal corrente

pode ser destrutiva para o transistor.



11

DI

T

E

Fig. 1.13 - Circuito que utiliza um diodo rápido.

1.2 - O TIRISTOR

1.2.a - Tiristor Ideal

O tiristor ideal está representado na figura 1.14. Além do anodo e do catodo, possui o

gatilho, que é utilizado para o disparo.

-

C

T

vT

iG+

A

i

Fig. 1.14 - Representação do tiristor ideal.

A característica estática ideal do tiristor está representada na figura 1.15.

iT

vT

1 2

3

Disparo

Fig. 1.15 - Característica estática ideal do tiristor.

O tiristor sem corrente de gatilho é representado na figura 1.15 pelas retas 1 e 2. Assim

sendo, ele bloqueia tanto as tensões positivas quanto as negativas. Com corrente de gatilho, ele

passa a ser representado pelas retas 1 e 3, assumindo portanto a característica de um diodo. Por

isto é denominado também de diodo controlado. Em inglês é também conhecido por SCR

(“Silicon Controlled Rectifier”).



12

1.2.b - Característica Estática Real dos Tiristores.

A exemplo do diodo, a característica real do tiristor apresenta modificações importantes

em relação à característica ideal. Tais modificações podem ser verificadas na figura 1.16.

As tensões máximas que o tiristor consegue bloquear, tanto direta quanto inversa, são

limitadas.

iT

vT

VAKM

VRM 1

2

3

Fig. 1.16 - Característica estática real de um tiristor.

Curvas 1 e 2 - Sem corrente de gatilho.

Curvas 1 e 3 - Com corrente de gatilho.

As demais não idealidades já mencionadas para o diodo são também válidas para o

tiristor. Em condução o tiristor é também representado por uma força-eletromotriz em série com

uma resistência, como está representado na figura 1.17.

-

C

T

vT

T

+

A

i

i

A

V

+T(TO)

C

rT

-vT

Fig. 1.17 - Circuito equivalente do tiristor.

1.2.c - Perdas em Condução

A potência média dissipada pelo tiristor em condução é dada pela expressão (1.10).



13

P V I r IT TO Tmed T Tef ( )2

(1.10)

Onde:

ITmed e ITef são os valores médio e eficaz da corrente que o tiristor conduz.

1.2.d - Características Dinâmicas dos Tiristores

Inicialmente será estudado o comportamento do tiristor no disparo. Seja o circuito

representado na figura 1.18. O tiristor encontra-se inicialmente bloqueado. No instante to o

interruptor S é fechado.

R

T

+

Tv

-

S

VGiG

E

Fig. 1.18 - Circuito para o estudo do disparo do tiristor.

As formas de onda estão representadas na figura 1.19.

vG

t

t

IG

iG

G10% I

vT

90% E

10% E t

trtd

ton

Fig. 1.19 - Formas de onda relativas ao disparo do tiristor.

São empregadas as seguintes denominações:

ton - tempo de fechamento.

td - tempo de retardo.

tr - tempo de descida da tensão anodo-catodo.



14

t t ton d r (1.11)

O tempo de retardo, que é o maior componente do tempo ton, depende:

a) da amplitude da corrente de gatilho;

b) da velocidade de crescimento da corrente de gatilho. O tempo tr independe da

corrente de gatilho. Em geral o valor de ton é superior a 1s e inferior a 5s.

Na figura 1.20 estão representadas duas correntes de gatilho com formas diferentes.

i

t

G

1

2

Fig. 1.20 - Formas da corrente de gatilho.

Curva 1 - Disparo lento.

Curva 2 - Disparo rápido.

A seguir será considerado o comportamento do tiristor no bloqueio.


R S

E2

TiT

E1

Fig. 1.21 - Circuito para o estudo do tiristor no bloqueio.

Inicialmente o interruptor S encontra-se aberto. O tiristor T encontra-se em condução.

Para iniciar o bloqueio de T, S é fechado. Os fenômenos associados ao bloqueio são semelhantes

àqueles já descritos para o diodo. As formas de onda estão representadas na figura 1.22.



15

E1

iT tq

t inv

t1t0

VT

IRM

E2

t

Qrr

2E + V

Fig. 1.22 - Formas de onda relativas ao bloqueio do tiristor.

No instante t1 o interruptor S é novamente aberto. O tiristor encontra-se bloqueado e

retém a tensão E1.

O tempo tq é especificado pelo fabricante do tiristor. É denominado tempo mínimo de

aplicação de tensão inversa. Para que o tiristor readquira o poder de bloqueio é necessário, após a

sua corrente ter-se anulado, aplicar uma tensão inversa durante um tempo superior a tq.

Quando se trata de comutação forçada, o tempo tq é um dado fundamental. Quanto

menor o tq, melhor é o tiristor. Poderá operar com freqüências mais elevadas, com menores

perdas na comutação e com circuitos auxiliares de comutação forçada de menor custo.

Infelizmente o tiristor não pode ser comandado pelo gatilho no bloqueio. Esse é o seu

maior ou talvez único inconveniente. Atualmente estão sendo produzidos os GTO’s (“Gate Turn-

Off Thyristors”) que podem ser bloqueados pelo gatilho. Para os tiristores rápidos tem-se:

10s < tq < 200s

1.3 - CÁLCULO TÉRMICO

1.3.a - O Problema

A corrente que circula no componente produz calor, tanto na condução quanto na

comutação. Esse calor gerado deve ser transferido para o ambiente. Caso contrário a temperatura

da junção se eleva acima dos limites máximos permitidos e provoca a inutilização do componente.

A corrente máxima e portanto a potência máxima que um diodo de potência ou tiristor pode

processar é limitada apenas pela temperatura da junção.



16

Assim, a determinação do dissipador e das perdas em um componente é de importância

prática fundamental.

1.3.b - Cálculo Térmico em Regime Permanente

Para o cálculo térmico será empregado o circuito equivalente representado na figura

1.23.

P

R jc Rcd Rda

TaTdTcTj

Fig. 1.23 - Circuito térmico equivalente de um componente.

As grandezas representadas na figura 1.23 são definidas do seguinte modo:

Tj - temperatura da junção (oC).

Tc - temperatura da cápsula (oC).

Td - temperatura do dissipador (oC).

Ta - temperatura ambiente (oC).

P - potência térmica produzida pela corrente que circula no componente e sendo

transferida ao meio ambiente (W).

Rjc - resistência térmica entre a junção e cápsula (oC/W).

Rcd - resistência térmica entre o componente e dissipador (oC/W).

Rda - resistência térmica entre o dissipador e o ambiente (oC/W).

Rja - resistência térmica entre a junção e o ambiente (oC/W).

R R R Rja jc cd da (1.12)

A equação empregada para o cálculo térmico de um componente é a seguinte:

T T R Pj a ja (1.13)

Existe uma analogia com um circuito elétrico resistivo, representado na figura 1.24.

RV2

I

V1

Fig. 1.24 - Circuito elétrico análogo.



17

O objetivo do cálculo térmico é evitar que a temperatura máxima da junção alcance

valores próximos da máxima temperatura permitida.

É adotado o seguinte procedimento:

a) P - é calculado a partir das características do componente e da corrente que por ele

circula.

b) Tj - fornecida pelo fabricante do componente.

c) Ta - valor adotado pelo projetista.

d) com a expressão (1.14) determina-se a resistência térmica total.

RT T

Pjaj a

(1.14)

e) com a expressão (1.15) determina-se a resistência térmica do dissipador.

As resistências térmicas Rjc e Rcd são fornecidas pelo fabricante do componente (diodo

ou tiristor).

R R R Rda ja jc cd (1.15)

Com um catálogo de dissipadores pode-se escolher o mais conveniente. Caso o valor

encontrado não seja comercial, deve ser escolhido o valor menor mais próximo.

1.3.c - Transitório - Conceito de Impedância Térmica

Seja um diodo no qual não circula corrente para t < to. A sua temperatura de junção é

igual à temperatura ambiente Ta.

No instante to começa a dissipar uma potência constante P. A capacidade térmica do

componente impede que a temperatura cresça abruptamente. Ela cresce exponencialmente como

está representado na figura 1.25.

Tj

P

to t

TaT

Fig. 1.25 - Transitório térmico em um componente.



18

A diferença de temperatura instantânea é dada pela expressão (1.16).

T Z Pt (1.16)

Onde Zt representa a impedância térmica, que é variável com o tempo.

Seja o circuito térmico equivalente incluindo a capacidade térmica, representado na

figura 1.26.

P C

P P1 P

R

Tj

2

Ta

Fig. 1.26 - Circuito térmico transitório.

P P P 1 2 (1.17)

R PC

P dt T T Tj a2 1

1 (1.18)

RdP

dt

P

C

2 1 (1.19)

Assim:

RdP

dt

P

C

P

C

2 2 (1.20)

dP

dt

P

RC

P

RC

2 2 (1.21)

Resolvendo-se a equação (1.21) obtém-se a equação (1.22).

T

PR e Z

t

RCt

1 (1.21)

A dedução feita adota algumas simplificações.

O valor exato de Zt é fornecido pelo fabricante do componente.

O conceito de impedância térmica é muito importante quando o componente funciona

com correntes impulsivas (grande intensidade e curta duração).

Convém salientar que a impedância térmica é análoga à impedância elétrica, grandeza

muito conhecida na teoria de circuitos elétricos.



19

1.4 - CURVAS PARA CÁLCULO TÉRMICO DE DIODOS E TIRISTORES

a) Diodos

(a) (b)

Fig. 1.27.a - Potência dissipada PFmed em função da corrente direta média Imed, para corrente contínua

pura (cont.), para meia-onda senoidal (sin.180) e para ondas retangulares (rec.60) e (rec.120).

Fig. 1.27.b - Temperatura da cápsula Tc em função da temperatura ambiente Ta para diferentes

resistências térmicas Rthca.

Fig. 1.28 - Impedância térmica transitória Z(th)t para corrente contínua pura, em função do tempo t. A

impedância térmica para correntes impulsivas Z(th)p, é obtida pela soma dos valores dados pela tabela

Z(th)z com aqueles dados pela curva Z(th)t.



20

b) Tiristores

(a) (b)

Fig. 1.29.a - Potência dissipada PTmed em função da corrente média ITmed, para diferentes ângulos de

condução, para correntes senoidais.

Fig. 1.29.b - Potência dissipada PTmed em função da temperatura ambiente Ta, para diferentes

resistências térmicas totais junção-ambiente, Rthja.

Fig. 1.30 - Potência dissipada PTmed em função da corrente média ITmed, para diferentes ângulos de

condução, para correntes retangulares.



21

Fig. 1.31 - Resistência térmica entre junção e a cápsula, Rthjc, em função do ângulo de condução para

correntes senoidais e retangulares. Para corrente contínua pura, deve ser tomada Rthjc cont.

Fig. 1.32 - Impedância térmica em função do tempo. As curvas são interpretadas como as da figura

1.28. Para tempos grandes a impedância térmica tende assintoticamente para um valor constante igual a

resistência térmica em regime permanente. Para tempos pequenos a impedância depende do dissipador

empregado e das condições de ventilação.

Na tabela é dada a resistência térmica cápsula-ambiente Rthca para vários dissipadores,

incluindo a resistência térmica de contato. Desse modo, R R Rthja thjc thca .



22

c) Relação de Dissipadores Semikron **

DIODOS

DISSIPADORES

Massa

Resistência Térmica (Incluindo a

Resistência de contato cápsula-

dissipador

Aproximada Convecção

Natural

Ventilação

Forçada 6m/s

SKN12, SKR12 K9 - M4 50g 10,5oC/W -

SKN20, SKR20

SKN26, SKR26

SKNa20

K9 - M4

K5 - M6

K3 - M6

K1,1 - M6

50g

100g

200g

700g

9,5oC/W

5,7oC/W

3,8oC/W

2,2oC/W

-

-

-

-

SKN45, SKR45

SKN70, SKR70

K5 - M8

K3 - M8

K1,1 - M8

P1/120 - M8

100g

200g

700g

1300g

5,0oC/W

3,0oC/W

1,3oC/W

0,85oC/W

-

-

0,60oC/W

0,40oC/W

SKN100, SKR100

SKN130, SKR130

K3 - M12

K1,1 - M12

P1/120 - M12

K0,55 - M12

200g

700g

1300g

2000g

3,1oC/W

1,2oC/W

0,65oC/W

0,65OC/W

-

0,40oC/W

0,27oC/W

0,25oC/W

SKN240, SKR240 K1,1 - M16x1,5

K0,55 - M16x1,5

P1/120 - M16x1,5

P1/120 - M16x1,5

P4/200 - M16x1,5

700g

2000g

1300g

2200g

4000g

1,1oC/W

0,55oC/W

0,58oC/W

0,40OC/W

0,29OC/W

0,35oC/W

0,17oC/W

0,21oC/W

0,17OC/W

-

SKN320, SKR320 K0,55 - M24x1,5

K0,1 F

K0,05 W

P1/200 - M24x1,5

P4/200 - M24x1,5

P4/300 - M24x1,5

2000g

2150g

900g

2200g

4000g

6000g

0,55oC/W

-

-

0,40oC/W

0,29OC/W

0,25OC/W

0,17oC/W

0,11oC/W

0,065oC/W*

0,16OC/W

-

-

(*) - Refrigeração por água.

(**) - O formato e as dimensões dos dissipadores poderão ser obtidos diretamente com o

fabricante.



23

1.5 - EXEMPLO DE CÁLCULOS TÉRMICOS

a) Retificador de Meia Onda a Diodo


D

Rv t( )f Hz60

R 10

v sen t 2 220 ( )t( )

D = SKN20/04

Fig. 1.33 - Retificador de meia onda a diodo.

O objetivo do cálculo é determinar a resistência térmica do dissipador a ser empregado

para manter a temperatura da junção abaixo do limite estabelecido pelo fabricante.

A partir da relação de dados técnicos fornecidos pelo fabricante, obtém-se:

Rjc = 2oC/W (Rthjc)

Rcd = 1oC/W (Rthch)

Tj = 180oC (Tvj)

V(TO) = 0,85V

rT = 11m

Seja Ta = 50oC (Ta = temperatura ambiente)

a.1) Cálculo das correntes no diodo

Seja a corrente representada na figura 1.34.

t

Vo2

Fig. 1.34 - Corrente no diodo.

IV

RADmed

o

0 45 0 45 220

109 9

, ,,

IV

RADef

o

0 707 0 707 220

1015 55

, ,,

a.2) Cálculo da potência dissipada

P V I r ITO Dmed T Def ( )2



24

P 0 85 9 9 11 10 15 553 2, , ( , )

P W 8 415 2 660 1107, , ,

Há um método mais rápido para se determinar a potência. Com o valor médio da

corrente e a forma de onda, entra-se na figura 1.27.a do catálogo de diodo do fabricante. Assim

para Imed = 9,9A e uma senóide de 180o obtém-se P 11W.

a.3) Cálculo do dissipador

T P R R Rjc cd da ( )

RT

PR R

T

Pda jc cd

2 1130

113

R C W R R C Wdao

da cdo 8 8 8 8 1 9 8, / , , /

Para realizar o cálculo do dissipador é possível também o emprego das curvas oferecidas

pelo fabricante. Ainda na figura 1.27.b, tomando-se Ta = 50oC e P 11W, obtém-se

Rca 11oC/W, assim Rda 11 - 1 = 10

oC/W.

É recomendável portanto o emprego do dissipador K5, cuja resistência térmica é igual a

5,7 oC/W.

a.4) Temperaturas resultantes para o dissipador escolhido

P=11W

= 2,0RjcoC/W Rcd = 1,0oC/W Rda = 4,7oC/W

T Cao50TdTcTj

T P R Tj ja a 11 2 5 7 50( , )

T Cjo 134 7,

T P R R Tc cd da a ( ) ,11 5 7 50

T Cjo112 7,

b) Retificador de Meia Onda a Tiristor

Seja a mesma estrutura, para R = 8 e = 60o. Seja o tiristor SKT16 com os seguintes

parâmetros:

Rjc = 0,94oC/W (obtida na figura 1.31)

Rcd = 0,5oC/W

Tj = 130oC

= 120o

Seja Ta = 50oC (valor adotado)



25



26

b.1) Cálculo da corrente média

IV

RTmedo

0 225

10 225 220

101 0 5

,( cos )

,( , )

I ATmed 9 28,

b.2) Cálculo da potência média

Entrando-se na figura 1.29.a com = 120o, ITmed = 9,28A obtém-se P = 17,5W.

b.3) Cálculo do dissipador

Entrando-se na figura 1.29.b com Ta = 50oC e P = 17,5W obtém-se:

R C Wjao 4 5, /

Mas: R R R Rja jc cd da

Assim: R R R Rda ja jc cd 4 5 0 94 0 5, , ,

R C Wdao 3 06, /

Caso os dissipadores previstos para o tiristor SKT16/04 não satisfaçam, restam dois

recursos: empregar ventilação forçada ou um tiristor com maior capacidade em corrente.

c) Impedância Transitória

Seja o diodo SKN20 montado em um dissipador K5 inicialmente com corrente nula e à

temperatura ambiente igual a 30oC. Determinar o valor máximo de uma corrente contínua que ele

pode conduzir durante um tempo de 1s, de modo que a temperatura de junção não ultrapasse o

valor limite de 180oC.

Solução:

T o180 Cj1s

iF

o30 C

I

Entrando-se na figura 1.28 com t = 1s obtém-se Z(th)t 1,5oC/W.

Z P T Tth t j a( )

PT T

ZW

j a

th t

( ) ,

180 30

15100



27

P V I r ITO T ( )2

IV

rI

P

r

TO

T T

2 0 ( )

Assim: IV

r

V

r

P

rV V e r m

TO

T

TO

T TTO T

( ) ( )( ) ,

2 20 85 11

2

I

0 85

0 022

0 85

0 022

100

0 011

2,

,

,

, ,

I A 64

d) Temperatura Média Instantânea de Junção

Seja o tiristor SKT16 conduzindo uma corrente com a forma de onda indicada na figura

abaixo. Determinar a temperatura média e máxima da junção.

I=20A

t

Dados do Tiristor:

VT(TO) = 1,0V

rT = 20m

= 180o

P V I r IT TO T ( )2

P W 1 20 0 020 20 282, (Potência Instantânea)

Seja f = 50Hz

Assim: tT

fms

2

1

2

1

2 5010

PP

Wmed

2

1 10 0 02 1414

2

28

214

2( ) , ( , )

Seja o dissipador K5. Assim:

R C Wthjao 0 80 5 5 6 30, , , /

Seja Ta = 30oC. Assim:

T Cjo 6 30 14 30 118 20, , (Temperatura Média)

Para t = 10ms, da figura 1.32 obtém-se:



28

Z C Wth to

( ) , / 015

T P Z Cj th to ( ) , ,28 015 4 2

To120,30 C

t

o116,10 C

jo118,20 C

10ms 20ms

Verifica-se assim que para f = 50Hz a temperatura da junção varia de 120,30oC até

116,1oC. Por mais surpreendente que possa parecer, tal fenômeno ocorre porque em relação aos

tempos envolvidos as constantes de tempo térmicas são baixas.

capÍtulo -...

Documents