Semicondutores de Potência

Diodo

O díodo é um componente electrónico fundamental que tem como característica mais

importante, permitir que a corrente circule apenas num sentido. Quando o díodo está

polarizado directamente, conduz e permite circular a corrente. Se está polarizado

inversamente não permite circular corrente.

Polarizacão inversa

A lâmpada não acende

Polarização direta

A lâmpada acende

Diodo de Potência

Na verdade, a estrutura interna de um diodo de potência é um pouco diferente

desta apresentada. Existe uma região N intermediária, com baixa dopagem. O

papel desta região é permitir ao componente suportar tensões mais elevadas, pois

tornará menor o campo elétrico na região de transição (que será mais larga, para

manter o equilíbrio de carga).

Figura 3: Curvas características e correspondentes modelos elétricos do diodo. Da esquerda

para a direita: diodo ideal; diodo com comportamento ideal mas com uma tensão limiar de

condução; diodo com característica linearizada. (VD - tensão limiar de condução, RD -

resistência de condução direta).

Figura 2: Característica I(V) de um díodo de silício. Note-se as escalas diferentes no 1º e 3º quadrantes.

Tempos de Recuperação:

- slow recovery (recuperação lenta) – para freqüências entre 60 e 400 Hz

- fast recovery (recuperação rápida) – Para dezenas de KHz

- ultra fast recovery (recuperação muito rápida) – centenas de KHz até Mhz

Diodo Schotry – diodo rápido com baixa queda direta. Tensão de bloqueio (reversa) é baixa (35 a 45 V). In (corrente nominal) – In@Tc / 100A@750C. Normalmente semicondutores de potência devem ser instalados em dissipadores. Modos de refrigeração:

- Natural;

- Circulação de ar forçada;

- Circulação de água.

Transistor Bipolar

O transistor de junção bipolar é um dos componentes mais importantes na

Eletrônica. É um dispositivo com três terminais. Num elemento com três terminais é

possível usar a tensão entre dois dos terminais para controlar o fluxo de corrente no

terceiro terminal, obtendo assim uma fonte controlável. O transistor permite a

amplificação e comutação de sinais, tendo substituído as válvulas termo-iónicas na

maior parte das aplicações.

Um transistor bipolar (com polaridade NPN ou PNP) é constituído por duas junções

PN (junção base-emissor e junção base-colector) de material semicondutor (silício

ou germânio) e por três terminais designados por Emissor (E), Base (B) e Colector

(C).

Ic = Ib x ß

* Ic: corrente de coletor

* Ib: corrente de base

* ß : beta (ganho)

Transistor Bipolar com Montagem Darlington

O Darlington não é mais do que a ligação de vários transistores com a finalidade

de aumentaroganho.

O ganho (HFE) total do Darlington é a multiplicação dos ganhos individuais de cada

um dos transistores.

Vantagens:

- Maior ganho de corrente.

- Tanto o disparo como bloqueio são sequenciais.

- A queda de tensão em saturação é constante.

Desvantagens:

- Utilização apenas com médias frequências e médias potências.

- Produz aumento de ganho de corrente (b1*b2 até 1000)

Transistor MOS (Metal óxido semicondutor)

A corrente de dreno é controlada pela tensão Vgs

Desvantagem: capacitância de entrada muito alta

É necessário um driver tipo totem-pole, com baixa impedância de saída.

Transistor IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)

Engloba as melhores características do MOS e do bipolar.

Tiristores

Tiristor é todo dispositivo semicondutor com 4 ou mais camadas. O tiristor mais

usual é o SCR (retificador controlado de silício). É basicamente constituído por

quatro camadas de semicondutor, formando uma estrutura PNPN que possui 3

elétrodos (um ânodo, um cátodo e um elétrodo de controle "comando", designado

por “gate”), apresentando um funcionamento biestável. A figura mostra o esquema

das junções, as características tensão x corrente e o símbolo utilizado em esquemas

elétricos que utilizam o tiristor. O seu funcionamento assemelha-se em alguns

aspectos ao de um diodo pelo fato da corrente fluir pelo componente apenas em

um sentido, entrando pelo terminal do ânodo e saindo pelo terminal do cátodo.

Princípio de funcionamento:

- Inicialmente o transistor está bloqueado;

- Para iniciar aplica-se uma corrente no gate de SCR. Após a condução, a corrente de gate pode ser retirada;

- O tiristor só bloqueia quando a corrente de anodo é anulada;

- Corrente alternada (CA) – o tiristor irá bloquear quando a corrente passar por 0 (comutação natural).

- Corrente contínua (CC) – o tiristor bloqueia por meio de circuitos que forçam a corrente para 0.

O SCR conduz em apenas um sentido (condução direta). Polarizado reversamente o SCR não conduz (permanece bloqueado). Para se obter controle nos dois semi ciclos da rede, adota-se:

Disparos Normais:

- com corrente de gate (gatilho);

- disparo por luz, apenas em foto tiristores.

Disparos indesejáveis:

- aumento da tensão Vak acima de Vao;

- aumento da temperatura acima da especificação. In@Tc / 100A@750C. Ic*b0 dobra de valor a cada 80C aumentado;

- disparo por dv/dt.

- dv/dt estático – se acionado a energização do equipamento;

- dv/dt reaplicado – dv/dt@tq

tq – tempo que o resistor deve se manter com tensão reversa (antes da tensão se tornar novamente positiva) para garantir seu bloqueio.

TRIAC

O TRIAC é utilizado para comutar (chavear) corrente alternada . O TRIAC pode ser disparado tanto por uma tensão positiva quanto negativa aplicada no eletrodo de disparo (gate). Uma vez ativado, continua a conduzir até que a corrente eléctrica caia abaixo do valor de corte.

O TRIAC pode ser considerado equivalente a dois SCR’s ligados em paralelo e orientados em direções opostas.

GTO (gate turn off)