Eletrônica de Potência: Dispositivos Semicondutores

Quais são as diferenças nas características dos BJTs e MOSFETs?

Os transistores bipolares de alta potência são comuns em conversores de energia em frequências abaixo de 10 kHz. Sua aplicação é eficaz nas especificações de potência até 1200 V, 400 A. Um transistor bipolar tem três terminais: emissor, base e coletor, que normalmente funciona como um interruptor na configuração de emissor comum.

Enquanto a base de um transistor NPN tiver um potencial maior do que o emissor e a corrente de base for grande o suficiente para conduzir o transistor na região de saturação, o transistor permanecerá ligado sempre que a junção do coletor para o emissor estiver corretamente polarizada.

A queda para a frente de um transistor de condução está na faixa de 0,5 a 1,5 V. Se a tensão de excitação da base for removida, o transistor permanece não condutor (isto é, desativado).

MOSFETs de potência são usados em conversores de energia de alta velocidade e estão disponíveis em uma especificação de potência relativamente baixa na escala de 1000 V, 50 A, em uma faixa de frequência de várias dezenas de kHz.

Qual é a característica de um IGBT?

Os transistores de potência IGBT são controlados por tensão. Por natureza, eles são mais rápidos do que o BJT, mas ainda não tão rápidos quanto o MOSFET. No entanto, eles oferecem características de produção muito mais elevadas em altas correntes e frequências até 20 kHz. IGBTs estão disponíveis até 1200 V, 400 A.

Qual é a característica de um MCT?

Um MCT pode ser ativado por um pulso de pequena voltagem negativa no portão MOS (em relação ao seu ânodo) e desativado por um pulso de pequena voltagem positiva.

Qual é a característica de um SIT?

O SIT é um dispositivo de alta frequência e alta potência. É, essencialmente, uma versão de estado sólido de um tubo de vácuo triodo e é semelhante a um JFET. Tem uma capacidade de potência de baixo ruído, baixa distorção e alta frequência de áudio. Os tempos de ativação e desativação são muito curtos, tipicamente 0,25 μs.

A característica de queda de tensão normalmente ativa e alta limita suas aplicações de conversão de energia elétrica. A especificação do uso atual do SIT pode ser de até 1200 V, 300 A, e a velocidade de interrupção pode ser tão alta quanto 100 kHz. O SIT é adequado para alta potência, alta frequência (ou seja, áudio, VHF/UHF e amplificadores de micro-ondas).

Quais são as diferenças entre um BJT e um IGBT?

• Os transistores de potência IGBT são controlados por tensão.
• Eles são mais rápidos do que os BJTs.
• Os IGBTs são adequados para altas tensões e altas correntes.
• Gerenciam frequências até 20 kHz.
• IGBTs estão disponíveis até 1200 V, 400 A.
• Os transistores de potência BJT são controlados por corrente.
• Eles são menos rápidos do que os IGBTs.
• Não são adequados para altas tensões e altas correntes.
• Gerenciam frequências abaixo de 10 kHz.
• Podem lidar com tensões até 1200 V e correntes até 400 A.

Quais são as diferenças entre o MCT e o GTO?

• O GTO é ativado pela aplicação de um breve pulso positivo nos portões.
• O GTO é desativado pela aplicação de um curto pulso negativo nos portões.
• Não requer nenhum circuito de comutação.
• São muito atraentes para a mudança de conversores forçados.
• Estão disponíveis até 400 V, 3000 A.
• O MCT pode ser ativado por um pulso de pequena voltagem negativa no portão MOS (em relação ao seu ânodo).
• O MCT é desativado através de um pequeno pulso de tensão positiva.
• O ganho de energização é muito alto.
• MCTs estão disponíveis até 1000 V, 100 A.

Quais são as diferenças entre os SITH e os GTO?

• Os tiristores GTO e SITH são auto desativados.
• O GTO e os SITH são ativados pela aplicação de um breve pulso positivo nos portões.
• O GTO e os SITH são desativados pela aplicação de um curto pulso negativo nos portões.
• Os SITH diferem dos GTO em suas especificações. Os SITH estão disponíveis até 1200 V, 300 A e os GTO estão disponíveis até 4000 V, 300 A.
• Os SITH se aplicam aos conversores de média potência.
• Os SITH lidam com frequências de várias centenas de kHz, além da faixa de frequência do GTO.

Tipos de diodos de potência: Diodos padrão para uso geral, de recuperação rápida, Schottky.

Corrente de fuga de diodos: Quando o potencial do ânodo é positivo em relação ao catodo, diz-se que o diodo é polarizado diretamente e conduz. Quando o potencial do catodo é positivo em relação ao ânodo, diz-se que o diodo está em polarização reversa (também conhecido como corrente de fuga) na faixa de mA e μA, cuja magnitude aumenta em função da tensão reversa, até a tensão de avalanche ou zener.

Tempo de recuperação reversa dos diodos: É o intervalo de tempo entre o instante em que a corrente passa pelo zero durante a mudança de condução direta para a condição de bloqueio reverso e quando a corrente reversa é reduzida para 20% do seu valor de pico Irr. Trr depende da temperatura da junção, da taxa de redução da corrente direta e da corrente antes da mudança.

Corrente de recuperação reversa dos diodos: É a corrente que flui devido a portadores minoritários quando o diodo está em uma condição de polarização reversa.

O fator de suavidade dos diodos é a razão Tb/Ta que é gerada pelo armazenamento de carga na região de depleção da junção. O pico inverso Irr; Tb é devido à taxa de armazenamento no material do semicondutor.

Tipos de diodos de recuperação: Diodos de recuperação rápida estão sob menor tempo de recuperação, menor que 5 μs. São usados em conversores CA-CC e CC-CC, onde a velocidade de recuperação é muitas vezes de importância crítica. Diodos epitaxiais proporcionam maior velocidade de comutação do que os diodos de difusão. Para obter as especificações de tensão acima de 400 V, os diodos de recuperação rápida são fabricados por difusão e o tempo de recuperação é controlado pela difusão de ouro ou platina.

Causa do tempo de recuperação reversa de um diodo PN: A corrente do diodo polarizado é o efeito líquido da maioria e dos portadores minoritários. Quando um diodo está no modo de condução direta e a corrente é reduzida a zero, o diodo continua a conduzir devido aos portadores minoritários que permanecem armazenados na junção PN.

Efeito do tempo de recuperação reversa: Limita a taxa de aumento da velocidade da corrente direta e de comutação.

Por que é necessário o uso de diodos de recuperação rápida para a conversão de alta velocidade? Porque a velocidade de recuperação aumenta conforme a corrente aumenta.

Qual é o tempo de recuperação direta? É o tempo que leva para recombinar as cargas na junção PN.

Diferença entre os diodos de junção PN e Schottky: Em um diodo Schottky, o problema de armazenamento de carga de uma junção PN pode ser eliminado. A carga recuperada do diodo Schottky é muito menor do que a de um diodo de junção PN. A corrente de fuga de um diodo Schottky é maior do que a de um diodo PN. Um diodo Schottky com uma tensão de condução relativamente baixa tem uma corrente de fuga relativamente alta e vice-versa.

Limitações do diodo Schottky: Sua permissão é limitada a Vmáx 100 V. As classificações atuais variam de 1 a 300 A. Eles são ideais para fontes de alimentação de alta corrente e baixa tensão direta. Eles são usados em fontes de alimentação de baixa corrente para maior eficiência.

Tempo de recuperação reversa típico de diodos de uso geral: Eles têm um tempo de recuperação reversa relativamente alto, tipicamente 25 μs, e são usados em aplicações onde a velocidade do tempo de recuperação não é crítica.

Tempo de recuperação reversa típico de diodos de recuperação rápida: Eles têm um tempo de recuperação baixo, geralmente inferior a 5 μs. São usados em circuitos conversores CC-CC e CC-CA, onde o nível de recuperação é de importância crítica.

Quais são os problemas de diodos conectados em série e quais são as possíveis soluções? Em muitas aplicações, um diodo de alta tensão pode não estar disponível comercialmente com a especificação exigida, de modo que os diodos são conectados em série para aumentar os recursos de bloqueio reverso.

Etapas envolvidas na contagem de um equipamento eletrônico de potência: Pode ser dividido em 4 partes: 1. Projeto de circuitos de potência; 2. Proteção dos dispositivos de potência; 3. Determinação da estratégia de controle; 4. Projeto de circuito lógico e de controle.

Efeitos periféricos de equipamentos eletrônicos de potência: As operações de conversores de energia são baseadas em dispositivos semicondutores de comutação de energia e, como resultado, as unidades introduzem corrente harmônica e tensão na fonte de alimentação e nos conversores de saída. Geralmente é necessário introduzir filtros na saída e na entrada de um sistema conversor para reduzir a magnitude dos harmônicos a um nível aceitável.

Diferenças entre as características dos tiristores GTO e de porta: Os tiristores não são desativados pela porta, enquanto os GTO, se aplicados um pulso negativo na porta, podem ser desativados no modo de operação.

19. Diferenças entre as características dos tiristores de porta e transistores: Os transistores são ativados por corrente e os tiristores por tensão.

Eletrônica de Potência: Pode ser definida como a aplicação da eletrônica de estado sólido para controle e conversão de energia elétrica.

Tipos de tiristores: Tiristor de controle de fase SCR, SCR de comutação rápida, GTO de desativação de porta, SCR de triodo bidirecional, RCT de condução reversa, SITH de indução estática, retificador controlado de silício ativado por luz LASCR, FET controlado por MOS FET-CTH, MCT controlado por MOS.

Circuitos de comutação: Polarizam o portão de um tiristor (DIAC, TRIAC, SCR, FET) para garantir a passagem de corrente do ânodo para o catodo.

Condições para a condução de um tiristor: Um tiristor tem 3 terminais: um ânodo, um catodo e um portão. Quando uma pequena corrente passa pelo terminal do portão para o catodo, o tiristor conduz desde que o terminal do ânodo tenha um potencial maior que o catodo.

Como desativar um tiristor em condução: Fazer o potencial do ânodo igual ou inferior ao potencial do catodo. Os tiristores são desligados em linha devido à natureza da onda senoidal da tensão de entrada forçada e, em tiristores comutados, são desligados devido à natureza.