Eletrônica de Potência

1. UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ
UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ
DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETROTÉCNICA
DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETROTÉCNICA
CURSO DE ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA
CURSO DE ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA
1
UTFPR – Campus Curitiba
Prof. Amauri Assef
Disciplina de Eletrônica de Potência
Disciplina de Eletrônica de Potência –
– ET66B
ET66B
Aula 3
Aula 3
Prof. Amauri Assef
Prof. Amauri Assef
amauriassef@utfpr.edu.br
amauriassef@utfpr.edu.br

2. Eletrônica de Potência
Eletrônica de Potência –
– DIODO DE POTÊNCIA
DIODO DE POTÊNCIA
Principais características
É um dispositivo não-controlado (comuta espontaneamente)
Conduz quando diretamente polarizado e bloqueia quando i0
VAC 0
Possui uma queda de tensão intrínseca quando em condução
VF ~ 1V (forward voltage)
2
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VF ~ 1V (forward voltage)
Não são facilmente operados em paralelo, devido aos seus
coeficientes térmicos de condução serem negativos
Quanto maior temperatura menor a queda direta
Pode conduzir reversamente durante um tempo trr (tempo de
recuperação reversa - especificado pelo fabricante)

3. Eletrônica de Potência
Eletrônica de Potência –
– DIODO DE POTÊNCIA
DIODO DE POTÊNCIA
Características estáticas (tensão-corrente):
Circuito equivalente do diodo
Ideal
3
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Região de avalanche
(curto-circuito)
2
Def
T
Dmed
)
TO
(
c I
r
i
V
P +
=
Real

4. Eletrônica de Potência
Eletrônica de Potência –
– DIODO DE POTÊNCIA
DIODO DE POTÊNCIA
Exercício:
Calcular a corrente IF , a tensão VF , e a potência no diodo
D polarizado diretamente por uma fonte de tensão
contínua de 50V, em série com um resistor de 100Ω.
Considerar rT = 15mΩ e V(TO) = 0,7V:
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Eletrônica de Potência –
– DIODO DE POTÊNCIA
DIODO DE POTÊNCIA
Características dinâmicas (considera-se D real):
Tempo de recuperação reversa - trr
Bastante significativo em aplicações de chaveamento em alta
velocidade provocam substâncias perdas e sobrecorrentes
O diodo real não passa, em um único instante, do estado de
condução para o de não-condução (comutação abrupta)
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condução para o de não-condução (comutação abrupta)
Nesse momento uma corrente reversa flui por um breve período,
e o diodo continua conduzindo devido aos portadores
minoritários que permanecem na junção pn e no material
semicondutor propriamente dito
Os portadores minoritários requerem um certo tempo para
recombinar com as cargas opostas e ser neutralizados
C Capacitância de recuperação do diodo (da junção)
Qrr carga armazenada em C durante condução

6. Eletrônica de Potência
Eletrônica de Potência –
– DIODO DE POTÊNCIA
DIODO DE POTÊNCIA
Inicialmente S bloqueado
Malha L e D circuito IL em roda livre
S é fechado corrente IL
transferida de D para S
Comutação diodo bloqueia
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Comutação diodo bloqueia
IL = iS + iF (constante)
S fechado corrente iF ↓
Velocidade de decrescimento
depende:

7. Eletrônica de Potência
Eletrônica de Potência –
– DIODO DE POTÊNCIA
DIODO DE POTÊNCIA
Com iF=0
Ocorre a descarga de C
iD torna-se negativa, até que Qrr
seja toda removida
IRM representa o pico da corrente
de recuperação do diodo
Q = 0 diodo bloqueado
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Qrr = 0 diodo bloqueado
A taxa de variação de corrente,
associada à indutância parasita
série provoca sobretensão
negativa em D durante bloqueio
(pode ser destrutiva)
Utilizar snubber RC série em
paralelo com o diodo

8. Eletrônica de Potência
Eletrônica de Potência –
– DIODO DE POTÊNCIA
DIODO DE POTÊNCIA
Formas de onda:
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9. Eletrônica de Potência
Eletrônica de Potência –
– DIODO DE POTÊNCIA
DIODO DE POTÊNCIA
Conclusão: o tempo de recuperação reversa (trr) e a carga
armazenada na junção (Qrr) estão relacionadas
diretamente com as perdas de comutação
Equações:
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diF/dt
estabelecido pelo projetista (depende do circuito)
Qrr dado do fabricante quanto menor, mais rápido é o diodo

10. Eletrônica de Potência
Eletrônica de Potência –
– DIODO DE POTÊNCIA
DIODO DE POTÊNCIA
Exercício:
O tempo de recuperação de um diodo é trr=3 μs e a taxa
de decaimento da corrente do diodo é di/dt=30A/μs.
Determinar (a) a carga armazenada Qrr e (b) a corrente
reversa máxima de pico IRM.
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11. Eletrônica de Potência
Eletrônica de Potência –
– DIODO DE POTÊNCIA
DIODO DE POTÊNCIA
Entrada em condução do diodo:
Circuito para o estudo da entrada em condução do diodo e
formas de onda durante a comutação (entrada em
condução)
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Atraso de entrada
em condução

12. Eletrônica de Potência
Eletrônica de Potência –
– DIODO DE POTÊNCIA
DIODO DE POTÊNCIA
trf: tempo de entrada em condução
Pode variar entre 0,1 a 1,5 μs
VFP: tensão de pico na entrada em condução
Pode alcançar valores próximo de 40V
Diodos rápidos reduzem trf e VFP
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O atraso e a sobretensão são devidos à variação da resistência
do diodo durante entrada em condução
Em conversores comutados pela linha, as perdas de comutação
podem ser desconsideradas

13. Eletrônica de Potência
Eletrônica de Potência –
– DIODO DE POTÊNCIA
DIODO DE POTÊNCIA
Classificação quanto ao tempo de recuperação:
Diodos lentos (standard-recovery) trr 1 μs
Line –frequency diodes – operação em baixa frequência, geralmente menor
que 1 kHz
Diodos rápido (fast-recovery) trr 200 ns
Soft-recovery – Variação de corrente suavizada para evitar picos de tensão
Diodos ultra-rápidos (ultrafast-recovery) t 70 ns
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Diodos ultra-rápidos (ultrafast-recovery) trr 70 ns
Aplicação em fontes chaveadas
Pode-se reduzir o circuito snubber de proteção

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Eletrônica de Potência –
– DIODO DE POTÊNCIA
DIODO DE POTÊNCIA
Demais valores nominais:
Corrente direta média máxima – IF(avg)max
É a corrente máxima que o diodo pode aguentar com segurança quando
polarizado diretamente
Corrente máxima de surto - I
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Corrente máxima de surto - IFSM
É a corrente máxima que o diodo pode suportar durante um transitório
fortuito ou diante de um defeito do circuito
Proteções
Sobretensão
Sobrecorrente
Transitórios – circuito snubber

15. Eletrônica de Potência
Eletrônica de Potência –
– DIODO DE POTÊNCIA
DIODO DE POTÊNCIA
Exemplo: 1N4007 (standard)
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16. Eletrônica de Potência
Eletrônica de Potência –
– DIODO DE POTÊNCIA
DIODO DE POTÊNCIA
Exemplo: MUR460 (ultrafast)
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17. Eletrônica de Potência
Eletrônica de Potência –
– DIODO DE POTÊNCIA
DIODO DE POTÊNCIA
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18. Eletrônica de Potência
Eletrônica de Potência –
– DIODO DE POTÊNCIA
DIODO DE POTÊNCIA
Diodos Schottky
Possuem uma baixa queda de tensão de condução, tipicamente de 0,3V
Baixo tempo de recuperação baixa perdas por condução
Circuitos Snubbers menores e menos dissipativos
Aplicação em fontes de baixa tensão, nas quais as quedas sobre os
retificadores são significativas
Desvantagem: baixa tensão direta e inversa suportável
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19. Eletrônica de Potência
Eletrônica de Potência –
– RETIFICADORES A DIODO
RETIFICADORES A DIODO
Retificador Monofásico Meia Onda a Diodo
1) Carga Resistiva Pura
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Onde:
Sendo: Vo = valor eficaz da tensão de alimentação
)
t
(
sen
V
)
t
(
sen
V
)
t
(
v o
m ω
ω
ω 2
=
=

20. Eletrônica de Potência
Eletrônica de Potência –
– RETIFICADORES A DIODO
RETIFICADORES A DIODO
Formas de onda para carga R(pura):
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21. Eletrônica de Potência
Eletrônica de Potência –
– RETIFICADORES A DIODO
RETIFICADORES A DIODO
Tensão média na carga:
∫
+
=
T
t
t
med dt
)
t
(
f
T
V
0
0
1
∫
=
π
ω
ω
π 0
0
2
2
1
t
d
)
t
(
sen
V
VLmed
0
0
45
0
2
V
,
V
VLmed =
=
π
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Corrente média na carga:
∫
=
π
ω
ω
π 0
0
2
2
1
t
d
)
t
(
sen
R
V
I Lmed
π
R
V
,
R
V
I Lmed
Lmed
0
45
0
=
=

22. Eletrônica de Potência
Eletrônica de Potência –
– RETIFICADORES A DIODO
RETIFICADORES A DIODO
Corrente de pico no diodo:
Tensão de pico inversa do diodo:
R
V
I Dp
0
2
=
2V
V =
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Corrente eficaz no diodo
0
2V
VDp =
R
V
,
R
V
R
V
t
d
)
t
(
sen
R
V
ILef
0
0
2
2
0
0
2
2
0
707
0
2
2
2
2
2
2
1
=
=






=








= ∫
π
π
ω
ω
π
π
[ ] dt
)
t
(
f
T
V
T
t
t
rms ∫
+
=
0
0
2
1

23. Eletrônica de Potência
Eletrônica de Potência –
– DIODO DE POTÊNCIA
DIODO DE POTÊNCIA
Exercícios:
1) Seja o retificador de meia onda alimentando carga
resistiva pura com Vo=120V (valor eficaz) e R=50Ω.
Calcular: (a) tensão média na carga , (b) corrente
média na carga, (c) corrente eficaz na carga e (d)
potência transferida ao resistor R. Desenhar os gráficos
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potência transferida ao resistor R. Desenhar os gráficos
de VL, IL e VD indicando os valores máximos e mínimos.
2) Considerando rT = 12mΩ e V(TO) = 0,85V, calcular a
potência de condução do diodo:
2
Def
T
Dmed
)
TO
(
c I
r
i
V
P +
=

24. Eletrônica de Potência
Eletrônica de Potência -
- Revisão
Revisão
Referências bibliográficas:
– BARBI, Ivo. Eletrônica de Potência; 6ª Edição, UFSC, 2006
– MUHAMMAD, Rashid Eletrônica de Potência; Editora: Makron Books,
1999
– ERICKSON, Robert W.; MAKSIMOVIC, Dragan. Fundamentals of power
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– ERICKSON, Robert W.; MAKSIMOVIC, Dragan. Fundamentals of power
electronics. New York: Kluwer Academic, 2001
– AHMED, Ashfaq. Eletrônica de Potência; Editora: Prentice Hall, 1a
edição, 2000
– Materiais de aula do Prof. Leandro Michels – UDESC