Eletrônica de PotênciaAula 1 – Chaveamento e Perdas Felipe Nascimento Martins Retificador Controlado de Silício (SCR). Transistor de Efeito de Campo Metal-ÓxidoSemicondutor (MOSFET).Semicondutores de Potência Diodo. TRIAC. Tiristores de Desligamento por porta (GTO). Tiristor Controlado MOS (MCT). Transistor Bipolar de Porta Isolada (IGBT). Transistor Bipolar de Junção (BJT). 2 . Semicondutores de Potência Deseja-se que as chaves de potência: Liguem/Desliguem de forma instantânea. Não requeiram manutenção. Só isso! 3 . Tenham queda de tensão zero quando ligadas. leves e baratas. Exijam pouca potência do circuito de acionamento. Não tenham dissipação de potência. Suportem altas correntes e tensões. Tenham corrente zero quando desligadas. Sejam confiáveis. há dissipação de potência devido ao chaveamento. normalmente em frequências da ordem de kHz. operam em chaveamento. 4 .Chaveamento Em eletrônica de potência os dispositivos normalmente trabalham em corte ou em condução completa. Ou seja. Como a transição entre os estados ligado e desligado não é instantânea. Chaveamento Operação típica de uma chave de potência: 5 . Chaveamento Sinal de acionamento (PWM): tON tON Razão cíclica : d = = tON + tOFF T 6 . 7 .Chaveamento Característica típica da variação de tensão e de corrente em um BJT alimentando carga (a) indutiva e (b) resistiva. 8 .Chaveamento Característica típica da variação de tensão e de corrente em um IGBT. Chaveamento Perdas por chaveamento: PSW −ON (max) = 0.5VCE (max) 0.5I C (max) 2 PSW −ON ( avg ) = PSW −ON (max) π PSW −ON ( avg ) WSW 1 = VCE (max) I C (max) (t SW −ON + t SW −OFF ) 6 PSW WSW = = WSW f T 9 1 ≅ VCE (max) I C (max) 6 . Chaveamento Se consideramos que o tempo de acionamento é igual ao tempo de desligamento da chave. temos: t SW (ON ) = t SW ( OFF ) = t SW PSW 1 = VCE (max) I C (max) (2t SW ) f 6 10 . T 11 . durante a condução e durante corte: PTOT = PON ( avg ) + POFF ( avg ) + PSW tON PON ( avg ) = VCE ( sat ) I C ⇒ PON ( avg ) = VCE ( sat ) I C d T tOFF POFF ( avg ) = VS I LEAK : normalmente é desprezada.Perda Total A perda total nas chaves se dá pela soma das perdas durante o chaveamento. Considerando uma carga resistiva de 10 . c) Perdas de energia nos estados ligado e desligado. d) Perda total de energia por ciclo. VCE ( sat ) = 1. e) Potência média dissipada pela chave.5µs. VS=500V.0µs.5V . frequência de chaveamento de 100Hz e ciclo de trabalho de 50%. b) Perdas de energia durante o chaveamento. 12 . t SW (OFF ) = 3. t SW (ON ) = 1. determine para a chave: a) Potências nos estados ligado e desligado.Exercício 1 Uma chave transistorizada que controla a potência para uma carga de 25kW possui: I LEAK = 1mA. 13 . c) WON = 375mJ .75mJ .5W . b) WSW = 18. VS=500V.Exercício 1 – respostas Uma chave transistorizada que controla a potência para uma carga de 25kW possui: I LEAK = 1mA. e) P = 39.5mJ . t SW (ON ) = 1. t SW (OFF ) = 3. determine para a chave: a) PON = 75W . Considerando uma carga resistiva de 10 . d) WTOT = 396.0µs.5V . VCE ( sat ) = 1.6W .5µs. WOFF = 2.25mJ . frequência de chaveamento de 100Hz e ciclo de trabalho de 50%. POFF = 0. t SW (ON ) = 1.5µs. determine para a chave: a) Potências nos estados ligado e desligado.0µs. b) Perdas de energia durante o chaveamento. c) Perdas de energia nos estados ligado e desligado. VS=500V. t SW (OFF ) = 3. 14 . frequência de chaveamento de 100kHz e ciclo de trabalho de 50%. VCE ( sat ) = 1. Considerando uma carga resistiva de 10 . d) Perda total de energia por ciclo.5V . e) Potência média dissipada pela chave.Exercício 2 Uma chave transistorizada que controla a potência para uma carga de 25kW possui: I LEAK = 1mA. 5µs.5W . determine para a chave: a) PON = 75W .75mJ .Exercício 2 – respostas (corrigir livro) Uma chave transistorizada que controla a potência para uma carga de 25kW possui: I LEAK = 1mA. POFF = 0. Considerando uma carga resistiva de 10 . d) WTOT = 18. c) WON = 0.375µJ . WOFF = 1.206mJ . VS=500V. VCE ( sat ) = 1. b) WSW = 18. e) P = 1896 W !! 15 .96mJ .5V . frequência de chaveamento de 100kHz e ciclo de trabalho de 50%. t SW (ON ) = 1. t SW (OFF ) = 3.0µs. Em frequências mais elevadas as perdas por chaveamento passam a predominar.Comentários Em frequências baixas de chaveamento. o transistor pode queimar por aquecimento. 16 .000W quando elevamos a frequência de 100Hz para 100kHz! Ou seja. predominam as perdas no estado ligado. mesmo que suporte a corrente e a tensão do circuito. Note que a potência média dissipada pelo transistor passou de 40W para quase 2. Choppers (DC para DC variável). Chaves estáticas AC ou DC (usadas para substituir relés e contatores. Cicloconversores (AC para AC variável). Inversores (DC fixa para AC variável em amplitude e frequência). 17 . por exemplo. Retificadores controlados (AC para DC variável). Potência Retificadores não controlados (AC para DC). Controladores de tensão AC (AC para AC variável de mesma frequência).Tipos de circuitos de Elet. 18 . Potência Fontes DC para circuitos eletrônicos (notebooks. Controle de sistemas de iluminação e aquecimento Fonte de alimentação de funcionamento contínuo (UPS). carregadores de baterias etc.Aplicações de Elet. Substituição de contatores e relés. Transmissão de energia elétrica em alta tensão DC.). Controle de velocidade de motores DC a partir de AC ou DC (como em ferramentas portáteis). computadores. Etc. Controle de velocidade de motores AC (inversores). 2000. 1.Referências Ahmed. Eletrônica de Potência. Ashfaq. Cap. 19 . Pearson Prentice Hall.