semicondutores de potência: - igbts

Semicondutores de Potncia - IBGTs

IGBTsNo concordo com o acordo ortogrfico

Semicondutores de Potncia: IGBTs14-04-2014Por : Lus Timteon

Para serem aplicados em sistemas de elevada potncia e substiturem as rudimentares vlvulas, os dispositivos semicondutores devem ser capazes de suportar grandes correntes e elevadas tenses inversas, em comutao. Alm disso, h necessidade de uma operao em elevadas frequncias de comutao dos dispositivos semicondutores, como, por exemplo, os inversores de tenso, necessrios para a construo de filtros activos de potncia. Dessa forma, os dispositivos semicondutores devem possuir baixas perdas de potncia durante a sua comutao.Introduo: Semicondutores de PotnciaVamos ver alguns semicondutores usados em circuitos de controlo e manipulao de circuitos de Potncia:Tiristores: SCRs, TRIACs, DIACsMOSFETs IGBTs


Semicondutores de Potncia: TiristoresOs Tiristores so dispositivos altamente populares na electrnica de potncia. So dispositivos electrnicos realmente robustos, que permitem alcanar as potncias mais elevadas.O primeiro Tiristor foi desenvolvido em 1956 no Bell Telephoned Laboratory.Inicialmente foi chamado de Transistor PNPN (hoje conhecido como SCR).Definio e tiposDispositivo de 4 camadas com estados estveis de conduo e de bloqueio.Interruptor de potncia muito alta.Potncias e tenso muito altas. Frequncias de comutao no superior a 2 kHz.SCR : (Silicon Controlled Rectifier). Rectificador controlado de Silicio - Interruptor unidireccional.GTO: (Gate Turn-off) interruptor unidireccional desligado pela porta (Gate). TRIAC: (Triode AC) Interruptor bidireccional.DIAC: (Diode AC). Interruptor bidireccional ( Control de tiristores)O nome Tiristor engloba uma famlia de dispositivos semicondutores multicamadas, que operam em regime de comutao, tendo em comum uma estrutura de no mnimo quatro camadas semicondutoras numa sequncia P-N-P-N (trs junes semicondutoras)


Semicondutores de Potncia: TiristoresSCR: Silicon Controlled Rectifier sempre de Silcio. O SCR o tiristor por excelncia.Smbolo(Ctodo)K(Porta -Gate)GA(nodo)

CaractersticaIA

Estrutura Internacircuito equivalente

Voltagem inversa de ruptura

VACCorrente de fuga inversaVB0Voltagem directa de rupturaCorrente de manutenoCorrente de engateDisparo da Gate IGiTDecaimento em conduo

KAG

n+p+PNp+AKG

A

G

KI


AKG

Semicondutores de Potncia: TiristoresSCR: Silicon Controlled Rectifier: Estrutura

PPNN

AKG


Semicondutores de Potncia: TiristoresSCR: Silicon Controlled Rectifier: Um modelo ideal simples Podemos dizer que um interruptor de sentido nico, que fechado com um impulso de corrente de Gate (disparo), e aberto quando a corrente passa por zero.

GAK

MODELO IDEAL DE UM SCR

AKGNOTA: O disparo por tenso directa (VBO) considerado indesejvel e, como regra geral, o SCR deve de ser seleccionado para que isso no ocorra.

KGATipo N (K)Tipo P (G)Tipo NTipo P (A)Montagem roscada


Tenso de disparo (VBO): a tenso que podemos ter entre A(nodo) e K(Ctodo) para que o dispositivo no conduza, quando no h disparo. Caso a tenso VBO exceda o limite, o SCR conduzir mesmo sem impulso na Gate.Tenso mxima Inversa (VBR): a tenso que pode ser aplicada entre A e K sem causar dano no componente.(Iak): Corrente mxima de conduo. a corrente mxima que o SCR pode conduzir. Neste caso temos de dividir este parmetro em outros trs: corrente mxima directa em RMS, corrente mdia directa e corrente de pico;(T max): Temperatura mxima de operao. a temperatura limite de operao normal do SCR. Caso ela seja ultrapassada, podero ocorrer disparos indevidos ( no comandados), ou ainda ter incio o processo de "avalanche", com a queima do componente.(dv/dt): Taxa mxima de crescimento da tenso directa. Quando o SCR actua na comutao de cargas indutivas, picos de tenso podem surgir nos terminais de nodo e do ctodo. A amplitude da tenso de pico, juntamente com a velocidade que essa tenso surge, podem danificar o componente, caso esteja acima da especificao. Semicondutores de Potncia: TiristoresSCR: Silicon Controlled Rectifier - Parmetros


Semicondutores de Potncia: TiristoresSCR: Silicon Controlled Rectifier Parmetros (Cont.)(di/dt): Taxa mxima de crescimento de corrente. Analogamente, o SCR sensvel s variaes de corrente assim como de tenses. Este outro conceito que vale ser explorado. Quando o SCR inicia o processo de conduo, a corrente surge ao redor da Gate e, ento, espalha-se radialmente at preencher toda a rea do ctodo. Nos SCRs antigos, por facilidade construtivas, a Gate era colocada na periferia da estrutura cristalina. Dependendo da velocidade de crescimento da corrente ( di/dt), ocorria uma dissipao de potncia muito grande prxima da Gate, antes da corrente ocupar toda a rea disponvel do nodo ( seco condutora do SCR ). Esse fenmeno danificava o componente. Actualmente, os SCRs so construdos com uma estrutura denominada "interdigital", isto , a Gate colocada no centro do cristal e ocupa uma rea maior que nos antigos .(Ih): Corrente de manuteno. Uma vez disparado, o SCR necessita de uma corrente mnima para manter o seu estado de conduo, aps a retirada do impulso de disparo. Essa corrente chamada de "corrente de manuteno".(Igk): Corrente mnima de disparo. a corrente mnima necessria, entre a Gate e a ctodo, para levar o SCR ao estado de conduo.


(Vgk): Tenso mxima entre Gate e Ctodo. Este um parmetro muito importante no desenvolvimento de circuitos com SCRs, pois o excesso de tenso entre a Gate e o ctodo pode danificar o componente. Normalmente a tenso de disparo encontra-se entre 0,7 V e 2,0 V.(Ton) Tempo de disparo e (Toff) tempo de desligamento. O tempo necessrio para o SCR sair do estado desligado e atingir a conduo (Ton), e o tempo de desligamento (Toff) so factores limitantes entre a velocidade do circuito de comando, e a carga. Semicondutores de Potncia: TiristoresSCR: Silicon Controlled Rectifier Parmetros (Cont.)Ao aplicar-se uma corrente IG, no terminal da Porta (Gate), produz-se uma corrente IC2 = IB1. Como IB1 a corrente de Base do transistor Q1, que produz uma corrente de colector de Q1 (IC1).A corrente IC1 faz ligar Q2, atravs da Base, ao injectar a corrente, produzindo a corrente IC2, que a mesma que IB1, este processo repete-se at saturar Q1 e Q2 causando o disparo do SCR.

Funcionamento do disparo


Semicondutores de Potncia: TiristoresSCR: Silicon Controlled Rectifier Funcionamento do disparoDisparo em Corrente ContnuaNormalmente o tiristor trabalha com polarizao directa entre o nodo (A) e o Ctodo (K) (a corrente circula no sentido da seta do tiristor).Com esta condio, s necessrio aplicar um impulso na Gate para activa-lo. Este impulso deve ter uma amplitude mnima, para que a corrente de Gate (IG) provoque a conduo.

O SCR se comporta como um circuito aberto at que a Gate seja activada com um impulso positivo que causa uma pequena corrente. (ao fechar momentaneamente o interruptor S). O tiristor conduz e mantm-se a conduzir, no necessitando de nenhum sinal adicional para manter a conduo.A durao do impulso aplicado na Gate, deve ser suficientemente larga para assegurar que a corrente de nodo se eleve at ao valor de reteno. Outro aspecto importante a tomar em conta a amplitude do impulso, que influi na durao deste.No possvel desactivar o tiristor (que deixe de conduzir) atravs da Gate.


Semicondutores de Potncia: TiristoresSCR: Silicon Controlled Rectifier desactivao de um TiristorO tiristor, uma vez activado, mantm-se em conduo, mesmo que a corrente de nodo (IA), seja maior que a corrente de reteno (IH). Normalmente a Gate (G), no tem controlo sobre o tiristor logo que este esteja em conduo.Como se pode ver o SCR , tem dois estados:Estado de conduo, quando a resistncia entre nodo e o Ctodo muito baixa.Estado de corte, quando a resistncia muito elevada.Opes para desactivar um tiristor:Abrindo o circuito de nodo (corrente IA = 0).Polarizando inversamente o circuito nodo-Ctodo (o ctodo ter um nvel de tenso maior que o do nodo).Diminuindo a corrente de nodo IA , de maneira que esta corrente se reduza e seja menor que a corrente de manuteno IH.

Se se diminui lentamente a voltagem (tenso), o tiristor continuar conduzindo at que a corrente baixe para um valor menor que a chamada "corrente de manuteno ou de reteno (IH)", o que causar que o tiristor deixe de conduzir, ainda que a tenso VG (voltagem da Gate em relao terra) no seja zero.


Semicondutores de Potncia: TiristoresSCR: Silicon Controlled Rectifier Tiristor e a corrente alternaControlo de fase com tiristorSe usa principalmente para controlar a potncia que se aplica a uma carga. (no caso uma lmpada ou foco). A fonte de voltagem pode ser de 110V, 120V, 240VAC, etc. A potncia aplicada a uma carga, controla-se variando o ngulo de conduo.

O circuito RC produz uma alterao de fase entre a tenso de entrada e a tenso no condensador, que a que fornece a corrente da Gate do tiristor.Como R um potencimetro, o valor resistivo pode variar, e assim, produzir uma alterao de fase ajustvel, que far com que a potncia aplicada carga (o foco) tambm seja varivel, variando assim a intensidade da luz do foco.O diodo na Gate do tiristor, usa-se para bloquear a tenso da Gate durante o ciclo negativo (de 180 a 360).


RgIGGKAIACargaVAKVout(t)Vin(t)

VmaxtttIgVAKVin(t)Vout(t)

Vmax

Semicondutores de Potncia: TiristoresSCR: Silicon Controlled Rectifier Tiristor e a corrente alternaControlo de fase com tiristor


Semicondutores de Potncia: TiristoresSCR: Silicon Controlled Rectifier Tiristor e a corrente alternaCaractersticas Turn-On

TIT0,9IT0,1IGIG0,1ItdtrTonTi0

Gi0tt


15 Semicondutores de Potncia: TiristoresSCR: Silicon Controlled Rectifier Tiristor e a corrente alternaCaractersticas Turn-Off

A corrente de nodo comea a diminuirComutaodidtRecombinaoRecuperaotV AKI Att5t4t3t2t1trrtgrtqtctctqtq= device off time.tc= Circuit off time.


Semicondutores de Potncia: TiristoresSCR: Silicon Controlled Rectifier Alguns encapsulamentos


Um dos 12 SCRs para um pequeno rectificador trifsico de 500 MW e 500 KV - (Inga-Shaba, ZAIRE)O SCR o dispositivo electrnico mais robusto que existe.Pode manejar tenses e correntes realmente impressionantes.Alguns exemplos so realmente espectaculares. Semicondutores de Potncia: TiristoresSCR: Silicon Controlled Rectifier Tiristor e a corrente alterna


+V-VIG Semicondutores de Potncia: TiristoresTRIAC: (Triode for Alternating Current) um dispositivo semicondutor de trs terminais, que se usa para controlar o fluxo de corrente fornecido a uma carga, com a particularidade de conduzir em ambos os sentidos, e que pode ser bloqueado por inverso da tenso, ou atravs da diminuio da corrente para um valor, abaixo do valor de manuteno.O TRIAC pode ser disparado independentemente da polarizao da Gate, quero dizer, mediante uma corrente de Gate positiva ou negativa.Circuito EquivalenteSmboloEstrutura Interna

N1N2N3N4P1P2

T2T1G

CaractersticaV

VB01

Corrente de Manuteno(IH)

Caracterstica de bloqueio

Corrente de Manuteno(IH)Caracterstica de bloqueio 1 Q

Caracterstica de conduo

Caracterstica de conduo 3 QVB02


Semicondutores de Potncia: TiristoresTRIAC: (Triode for Alternating Current): Estrutura

N1N2N3N4P1P2

A estrutura interna TRIAC contm seis camadas, como mostrado na figura, mas funciona sempre como um tiristor de quatro camadas.A conduo no sentido T2-T1 faz-se atravs de P1N1P2N2 e no sentido T1-T2 atravs P2N1P1N4.A camada N3 facilita o disparo da Gate com corrente negativa. A estrutura mais complexa torna o TRIAC mais delicado mas no em termos de di/dt e dv/dt e capacidade para suportar o excesso de corrente.So produzidos para alguns amperes at 200 (A) eficazes e tenses de 400-1000 (V) de tenso de pico repetitivo e funcionam para baixa e mdia frequnciaA versatilidade do TRIAC e a simplicidade do seu uso, o torna ideal para uma ampla variedade de aplicaes relacionadas com o controlo de correntes alternadas. Uma delas a sua utilizao como interruptor esttico, que oferece muitas vantagens sobre os interruptores mecnicos convencionais, que sempre requerem o movimento de um contacto, sendo a principal delas que ocorre como resultado de a cada meio ciclo o TRIAC dispara sempre quando a corrente passa por zero, de modo que sero evitados os arcos e as sobre tenses resultantes da comutao das cargas indutivas, que armazenam uma certa energia durante o seu funcionamento.


Semicondutores de Potncia: TiristoresTRIAC: (Triode for Alternating Current): Estrutura

T2T1G

T2T1G

T2T1GNPNPNN


Semicondutores de Potncia: TiristoresTRIAC: (Triode for Alternating Current): Modelo ideal simplesPodemos dizer que um interruptor bidireccional que fechado com um impulso de corrente na Gate (disparo), e abre quando a corrente passa pelo zero. A porta (Gate) agora bidireccional (dois diodos em oposio).MODELO IDEAL DE UM TRIAC

GT2T1

T2T1G


Semicondutores de Potncia: TiristoresTRIAC: (Triode for Alternating Current): Exemplo de controlo de Fase.

IT(RMS) = 12AVDRM = VRRM = 700 VVCarga VT2T1

RLT2T1GVin

IGIG

Vmax

Disparo

IGttVCargaDesligado


Semicondutores de Potncia: TiristoresTRIAC: (Triode for Alternating Current): CaractersticasAps o disparo a Gate no tem controle sobre a situao do TRIAC. Para desligar o TRIAC, a corrente de nodo deve ser reduzida abaixo do valor da corrente de reteno Ih.O TRIAC comuta do modo de corte para o modo de conduo quando se injecta corrente na Gate (Porta). A corrente e a tenso de disparo diminui com o aumento da temperatura e com o aumento da tenso de bloqueio.As aplicaes dos TRIACs, so, essencialmente, na corrente alternada. A sua curva caracterstica reflecte de forma muito semelhante, a operao de um SCR, aparece no primeiro e terceiro quadrantes do sistema de eixos. Isto devido sua bidireccionalidade.A principal aplicao dos TRIACs como um regulador da potncia aplicada a uma carga em corrente alterna.


Semicondutores de PotnciaO DIAC um tiristor bidireccional (capaz de bloquear ou conduzir uma corrente nos dois sentidos), bastante utilizado na proteco de circuitos e no disparo de TRIACs.Conduz quando recebe uma tenso maior que sua tenso de trabalho VBO, sendo ela positiva ou negativa.O DIAC, um dispositivo de disparo bidireccional, que conduz corrente apenas aps a tenso de disparo ser atingida, e pra de conduzir quando a corrente elctrica cai abaixo de um valor caracterstico, chamada de corrente de corte. Este comportamento o mesmo nas duas direces de conduo de corrente. A tenso de disparo por volta dos 30 volts para a maioria destes dispositivos.

DIAC: (Diode Alternating Current): CaractersticasSmboloEstrutura Interna

A1 A2 N PPn+ n+

+V-V+IF

VB02VB01VFIBOIB10mAV-IF0,5VB0Curva caracterstica


Semicondutores de PotnciaConduz quando recebe uma tenso maior que sua tenso de trabalho VBO, ou tenso de disparo, sendo ela positiva ou negativa.Exemplo: DB3 (DO-35)VBO = 28V a 36V

DIAC: (Diode Alternating Current): CaractersticasEle tambm pode ser disparado pelos outros processos comuns a todos os tiristores (elevao de temperatura, incidncia de luz, etc).Para permanecer em conduo a corrente deve ser maior do que um valor de manuteno. Se a corrente cai abaixo desse valor o dispositivo comuta para bloqueio. O processo de corte pode ser acelerado pela passagem de uma corrente de recuperao no sentido inverso ao sentido prvio de conduo. Essa corrente contudo limitada pois existe o risco de disparo do DIAC no outro sentido.


R1 = 0 , mxima potncia.R1 = Elevada, mnima potncia.Exemplo: Controlo de TRIAC com DIAC (Tpico regulador de luz de salo simplificado)

Semicondutores de Potncia: TiristoresO DIAC utilizado como dispositivo auxiliar de disparo dos SCRs e dos TRIACs.Ponto de disparo ajustado em P1.Ponto de disparo.

CargaR1R2R3C

T2T1G

IGA1A2

R o diac dispara mais cedo ( ) o triac conduz mais cedo ( ) a carga recebe mais potncia.R o diac dispara mais tarde ( ) o triac conduz mais tarde ( ) a carga recebe menos potncia.DIAC: (Diode Alternating Current): Aplicaes


Semicondutores de Potncia: TiristoresGTO: (Gate Turn-Off): Estrutura

KGEstrutura de um GTO simtrico.A estrutura especfica do dispositivo permite desligar atravs da Gate(com um impulso negativo). De resto, semelhante ao SCR.

Circuito Equivalente

Smbolo

AKGEstrutura InternaOs GTOs, basicamente, so SCRs com controlo de desligamento, ou seja, possuem mais um terminal de Gate, que serve para parar a sua conduo.Vista de baixo


Semicondutores de Potncia: TiristoresGTO: (Gate Turn-Off): Estrutura

N PPN AKG

Tr1

Tr2

IAIGQIKQuando um tiristor GTO est no estado on, as regies centrais de base esto cheias de buracos, fornecidos a partir do nodo e electres fornecidos a partir do ctodo. Se polarizao inversa aplicada para fazer tornar a Gate negativa em relao ao ctodo, uma parte dos buracos da camada de p-base, so extrados atravs da Gate, suprimindo a injeco de electres pelo ctodo. Em resposta a esta supresso, mais buracos (ou lacunas) so extrados atravs da Gate, suprimindo ainda mais a injeco de electres. No decorrer deste processo, a juno ctodo emissor, colocada num estado de polarizao inteiramente inversa, desligando o tiristor GTO. A figura ilustra a operao de turn-off, usando um modelo de dois transistor.


Semicondutores de Potncia: TiristoresGTO: (Gate Turn-Off): Vantagens/DesvantagensVantagens sobre SCRsA eliminao dos componentes de comutao. Reduo de rudo acstico e electromagntico devido a eliminao de estrangulamentos.Turn-off mais rpido, por isso pode ser usado para frequncias de comutao mais elevadas.Melhoria da eficincia dos conversores.Vantagens sobre os BJTsMaior capacidade de bloqueamento de altas tenses.Alto ganho no estado On. Alta taxa de corrente arranque (surge current) em relao corrente mdia.S necessita de um impulso de curta durao para desligar (ou comutar).Desvantagens dos GTOs.Maior queda de tenso no estado On.Devido estrutura de multi-ctodos necessria maior corrente de Gate. MMaiores perdas no circuito drive da Gate. A capacidade de bloqueamento Inverso, menor do que a sua capacidade de bloqueio directo.


Semicondutores de Potncia: TiristoresLASCR: (Light-Activated Silicon Controlled Rectifier)

Tiristor controlado por luz. So Tiristores activados por luz. Utilizados em Alta tenso. Frequncias de comutao at 2KHz. Tenses elevadas at 6000V e 1500A

NOTA:Normalmente dispem de ligaes especiais para serem disparados com fibra ptica. So interessantes em ambientes de correntes e tenses elevadas, permitindo um alto isolamento entre o circuito de potncia e o circuito de controlo.A maioria dos LASCRs tambm tm um terminal de Gate para serem disparados por um impulso elctrico como um SCR convencional.

KAGLuzGateCtodoLenteGAKSensor de luz


Semicondutores de Potncia: TiristoresO LASCR consiste de quatro camadas de semicondutores, que formam uma PNPN ou NPNP, tem trs junes e tambm trs terminais. O terminal de nodo(A), est ligado ao material de tipo-P da estrutura PNPN e o terminal do ctodo(K) ligado camada tipo-N, enquanto que o terminal Gate(G) do LASCR est ligado ao material tipo-P, prximo do ctodo, conforme ilustrado na figura .

KGA

AKGNNNPPP

AG

KPNPNPNCiIpi =C.dv/dt

Estrutura InternaCircuito equivalenteSmbolosLASCR: (Light-Activated Silicon Controlled Rectifier) - Estrutura

KGA


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Semicondutores de Potncia: Tiristores

AKGNNNPPPLASCR: (Light-Activated Silicon Controlled Rectifier) - FuncionamentoQuando a tenso de polarizao directa aplicada ao LASCR, as junes J1 e J3 ficam polarizadas directamente, enquanto que a juno J2 fica polarizada inversamente. Quando aplicamos um impulso positivo no terminal da Gate (G) ou a luz aplicada atinge um nvel requerido, a juno J2 tornar-se directamente polarizada e o LASCR, dispara iniciando a conduo.

AG

KPNPNPNCiIpi =C.dv/dt

Entra em conduo quando polarizado directamente. Para este efeito, o Ctodo(K) mantido em polarizao negativa, e o nodo(A) com polarizao positiva. Ao aplicarmos um impulso positivo no terminal da Gate o LASCR ligado ON. J1J3J2Ligar e desligar ON/OF no LASCR acontece muito rapidamente, oferecendo resistncia infinita em OFF, e no estado ON, oferece uma resistncia muito baixa, que na ordem de 0.01 a 1.


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Semicondutores de Potncia: TiristoresTiristores Alguns encapsulamentos

500 V100ATO 209 ADB 7

1300 V1800ATO 200 AFB 20

500 V24ATO 208 AcB 2

TO 220 Ab500 V7,5A

MAGN A Pack

PACE Pack

ADD A Pack


Semicondutores de Potncia: MOSFETsMetal-Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorO controlo do transistor MOSFET feito aplicando-se uma tenso VGS > VTH para conduo e VGS < VTH para bloqueio;A tenso de threshold VTH da ordem de uns 3V a 4V;A impedncia de entrada de um transistor MOSFET muito elevada;O MOSFET de Potncia constituido de muitas clulas conectadas em paralelo;A conduo feita por portadores maioritrios;A mxima tenso VGS de +20V e a mnima de -20V;Em conduo, o MOSFET se comporta como uma resistncia com coeficiente de temperatura positivo ( Rdson) e o valor dessa resistncia depende da amplitude de VGS;Quanto maior for a tenso de ruptura do MOSFET, maior o valor da resistncia Rdson;No processo de fabricao aparece um diodo em anti-paralelo com o transistor que apresenta um tempo de recuperao elevado;Introduo:


Semicondutores de Potncia: MOSFETs

Semicondutor Tipo-pSubstrato (corpo)SS(Corpo-Body )

n+n+

Oxide(SiO2)

Fonte (S)Porta (G)Dreno (D)Metal

rea do canal

Gate: GSource: SDrain: D

Smbolo

Estrutura:


Semicondutores de Potncia: MOSFETsEstrutura:Gate: GSource: SDrain: D

Smbolo

Circuito equivalente (canal n)G

DS Interruptores de alta velocidade, controlados por de tenso que nos permitem operar acima da faixa audvel de 20kHz.Ligao controlada a On e a Off(mas h um diodo interno em paralelo).Switch fecha quando VGS 4V, e abre quando VGS= 0V

Se desejado, pode ser inserido aqui em srie um diodo de bloqueio para evitar uma corrente inversa


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Semicondutores de Potncia: MOSFETsCircuito Equivalente total:

D S G Cgs : grande, essencialmente constante. Cgd : pequena, altamente no-linear. Cds : valor intermdio, altamente no-linear. O Tempo de comutao determinados pela taxa com que o driver da Gate carrega/descarrega Cgs e Cgd.


Semicondutores de Potncia: MOSFETsVantagens de operar acima de 20 kHz:Os seres humanos no podem ouvirPara o mesmo efeito de alisamento desejado, as Ls e os Cs, podem ser menores, porque, com o aumento da frequncia e perodo T diminui, Ls e Cs carregam e descarregam menos energia por ciclo de operao, logo, menores Ls e Cs, permitem circuitos menores e mais leves.Correspondentemente a menores, Ls e Cs, menores correntes rms de ondulao, de modo que a corrente pode ser menor. Assim, circuitos menores, logo, mais leves.Os Transformadores AC so menores porque, para uma dada tenso nominal, a densidade de fluxo de pico, no o ncleo menor (o que significa que os ncleos do transformador podem ter reas de seco transversal menoresEm vez de utilizarmos transformadores para adaptao da tenso da rede elctrica para alimentar os circuitos electrnicos, utilizamos SMPS (fontes comutadas), muito mais eficientes e de menores dimenses.


Dois TiposTipo DeplexoA regio do j esta difundido entre Drain (D) e a Source (S): Deplete, ou pinch-off o canal.Tipo EnriquecimentoNo existe canal na regio entre Drain e Source.Inverte a regio entre Drain e Source para induzir um canal.Podem ter Canal n ou canal p.

Semicondutores de Potncia: MOSFETsTipos:


Tecnologia -Vertical Power MOSFETTransistor Process(n-channel)Gate

n+p+

n+p+

n+n-

Source

Source

Drain

p-n-

Drain

Ground

n+

Gate

p+

n-n-

p+

n-

p+

p+

SourceSource

n+n+

Integrated Circuit Process(n-channel) Semicondutores de Potncia: MOSFETs


Semicondutores de Potncia: MOSFETs

Tecnologia Outras tecnologiasComprimento da Gate aproximando 1micron.Consiste de muitas pequenas clulas de MOSFETs de enriquecimento, ligados em paralelo, cobrindo a superfcie da pastilha de Silcio.Fluxo de corrente vertical.Canal n.

n+n-p+p+n+n+n+n+SourceDrain

Gate


VGS= 4 VVGS= 6 VVGS= 5 V

VGS=2V= VTPNa ausncia de canal para VGS = 0 no h corrente ID. necessrio um valor mnimo de voltagem limiar VTP positiva de VGS para que se forme o canal. Aumentando VGS aumenta o valor da corrente de saturao.VGS= 7 V

Curva de transferncia e curvas caractersticas de Dreno tpicas de um nMOS.53

7

ID (mA)VGS (V)12468053712468109

10

VDSID (mA)0537124689

VT

Curvas Caractersticas Semicondutores de Potncia: MOSFETs


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pn+n+ Operao na regio do corte (Cutoff) Semicondutores de Potncia: MOSFETs

Juno pn: Polarizao inversaiD=0 para vGSVt0 (Vt0 threshold voltage).


pn+n+

Para vDSVt0 o NMOS opera na Regio Triodo.Para pequenas variaes de vDS, iD proporcional ao excesso de voltagem vGS-Vt0Caracterstica Resistiva(R entre S & D, usada como resistncia controlada por voltagem).

Operao na regio Triodo (Triode Region) Semicondutores de Potncia: MOSFETs

Aumento de vGS

Canal

Parmetro KP para NMOSFET de 50 mA/V2 .


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Operao na regio de Saturao (Saturation Region aumento de vDS) Semicondutores de Potncia: MOSFETs

pn+n+

Estrangulamento do canal - incrementos da iD so menores quando vDS e maior.

Quando vGD=Vt0 ento a espessura do canal 0 e

Canal


Resumo Semicondutores de Potncia: MOSFETsOs MOSFETs possuem caractersticas de reduzidos tempos durante as comutaes (frequncias tpicas de dezenas centenas de kHz).A RDSon aumenta rapidamente com o aumento de VDSmax suportvel.O Circuito de comando de Gate muito simples.A escolha dos MOSFETs normalmente so para aplicaes com VDSmax < 500 V.Aplicaes de MOSFETs com capacidade de bloqueio em torno de 1000 V so para baixas potncias (no superior a 100 W).Os BJTs tm sido substitudos por MOSFETs em aplicaes de baixa tenso (

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