THE
PODER
ELECTRONICS
MANUAL
© 2002 por CRC Press LLC
Eletrônica Industrial Series
Editor da Série
J. David Irwin, da Univ...
O Manual de Inteligência Computacional AplicadaMary Lou Padgett, da Universidade Auburn
Nicolaos B. Karayiannis, Universit...
CRC PRESS
Boca Raton Londres New York Washington, DC
Biblioteca do Congresso de Dados de Catalogação na Publicação
O manua...
Prefácio
Introdução
O controle de energia elétrica com dispositivos eletrônicos de energia tornou-se cada vez mais importa...
Agradecimentos
Em primeiro lugar, gostaria de agradecer aos autores das seções individuais e os consultores editoriais
par...
aposentando-secomo tenente-coronel, em 1991. Durante sua carreira da Força Aérea, ele passou seis anos concepção, construç...
© 2002 por CRC Press LLC
Contribuintes
Ali Agah Keith Corzine Sam Guccione
SharifUniversityofTechnology Universidade de Wi...
© 2002 por CRC Press LLC
Philip T. Krein Michael E. Ropp Laura Steffek
Universidade de Illinois Sul Dakota State Universit...
Conteúdo
PARTE I Power Dispositivos Eletrônicos
1 Power Electronics
1.1 Overview Kaushik Rajashekara
1.2 Diodes Sohail Anw...
Eric Walters e Oleg Wasynczuk
6 Conversores Multinível Keith Corzine
6.1 Introdução
6.2 Multinível Voltage fonte de modula...
Daniel Logue e Philip T. Krein11.1 Introdução
11,2 Scalar Indução de controle da máquina
11.3 Controle de Vetores de Máqui...
20 Controladores de Fluxo de Potência da Unificação
Ali Feliachi, Azra Hasanovic, e Karl Schoder
20.1 Introdução
20.2 Flux...
EU
Electronic Power
Devices
1 Power Electronics Kaushik Rajashekara, Sohail Anwar, Vrej Barkhordarian,
Alex Huang Q.
Visão...
Eletrônica de Potência
Kaushik Rajashekara 1.1 Visão global
Thyristor e Triac • Gate Turn-Off Thyristor • ReverseDelphi Au...
FIGURA 1.1 (A) símbolo Thyristor e (b) as características volt-ampere. (De Bose, BK, modernos Eletrônica de Potência:
Aval...
O GTO é um dispositivo de comutação de energia que pode ser ativado por um curto pulso de corrente de porta e
virouoff por...
Figura 1.4 Um de dois estágios Darlington transistor com diodo de bypass. (De Bose, BK, modernos Eletrônica de Potência:
A...
Figura 1.5 Poder MOSFET símbolo circuito. (De Bose, BK, modernos Eletrônica de Potência: Avaliação, Tecnologia,
e Aplicaçõ...
Figura 1.6 (A) IGBT Nonpunch-through, (b) Circuito de soco-through IGBT, (c) IGBT equivalente.
A estrutura de um IGBT é ma...
ou três vezes maior que a de um n -MCT; mas n -MCTs são os necessários para muitos práticoaplicações.
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Características
As características tensão-corrente de um diodo são mostrados na Fig. 1.11 . Em A
...
FIGURA 1.12 Diodo de dados de folha-avaliações. (De USHA, na Índia. Com a permissão.)
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FIGURA 1.13 Curvas de dados Diode folha-característico.
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FIGURA 1.14 Circuito Basic for retificado...
Corrente Máxima Surge
O I FSM (máximo onda forward) avaliação é a corrente máxima que o diodo pode manipular como um
trans...
tensão esperada durante condições normais de funcionamento.As classificações actuais para os díodos são com base nas tempe...
Poder Schottky Retificador I FAV = 20 A
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Dados preliminares
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25¡C
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V F V R V R
Figo. 1Tensão máxima par...
A característica voltampere de um SCR é mostrado na Fig. 1,22 . Se a polarização direta é aumentada para o
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FIGURA 1,23 Um SCR circuito turn-off.
SCR Turn-Off Circuits
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EU
V EUBRBO
V
EU VBOBR
FIGURA 1.25 As características do DIAC.
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N
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MT MT 21
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FIGURA 1.26 (...
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V EUBR H
V
EU VH BR
Principal Terminal 2
(Negativo)
FIGURA 1.27 As características Triac.
A
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FIGURA 1.30 Página 1 de uma folha de dados para um tiristor típico. (De Philips Semiconductors. Com a permissão.)
© 2002 p...
FIGURA 1.31 Página 2 de uma folha de dados para um tiristor típico. (De Philips Semiconductors. Com a permissão.)
© 2002 p...
© 2002 por CRC Press LLC
FIGURA 1.33 Page 4 de uma folha de dados para um tiristor típico. (De Philips Semiconductors. Com...
FIGURA 1.34 Página 5 de uma folha de dados para um tiristor típico. (De Philips Semiconductors. Com a permissão.)
© 2002 p...
FIGURA 1.35 Page 6 de uma folha de dados para um tiristor típico. (De Philips Semiconductors. Com a permissão.)
1,5 Poder ...
(A) (B)
FIGURA 1.37 npn estrutura transistor (a) e símbolo do circuito (b).
As características Volt-Ampere de um BJT
As ca...
otensão coletor-emissor ( V CE ) pode ser encontrado.
Os pontos de operação entre a saturação e corte constituem a região ...
Jul 2000
LM195 / LM395
Ultra Transistores energia confiável
dade, é necessário inserir uma resistência em série com 5.0kDe...
Esquemas de Ligação
TO-3 do metal pode empacotar TO-220 embalagem plástica
DS006009-3
Case é Emitter
DS006009-2
Top View
V...
Base de dados de corrente 0 ≤ I C ≤ I MAX 3.0 5 3.0 10 A
0 ≤ V CE ≤ V Cemax
Quiescent Corrente (I Q ) V ser = 0
2.0 5 2.0 ...
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Características de desempenho típica (para K e T Pacotes) (continua)
10V Função de Transferência ...
Diagrama esquemático
FIGURA 1.46 Folha típica de dados para um transistor de potência (página 6). (Da National Semiconduct...
DS006009-12
* tântalo Sólidos
Poder PNP Time Delay
DS006009-13
* Protege contra a unidade de base excessivo
** Necessário ...
† tântalo Sólidos
Regulador 1.0 Amp tensão positiva
DS006009-18
† tântalo Sólidos
FIGURA 1.48 Folha típica de dados para u...
DS006009-25
DS006009-24
FIGURA 1.49 Folha típica de dados para um transistor de potência (página 9). (Da National Semicond...
Aplicações típicas (Continuação)
Potência Op Amp
DS006009-31
* Ajuste de 50 mA de corrente de repouso
† tântalo Sólidos
6....
Dimensões físicas polegadas (milímetros), salvo indicação em contrário
TO-5 do metal pode empacotar
Número de Pedido LM195...
TO-220 embalagem plástica
Número de Pedido LM395T
NS Package Número T03B
VIDA POLÍTICA DE APOIO
PRODUTOS nacional não são ...
V GS = V τ00
V DS
00
V GSV τ
(B) (C)
l D
D
SB
(Canal ou
G substrato)
S
(D)
FIGURA 1.54 (A) Diagrama esquemático, (b) as ca...
FIGURA 1.55 Limitações de corrente e tensão de MOSFETs e BJTs.
© 2002 por CRC Press LLC
Fonte Portão Polysilicon
óxido por...
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  1. 1. THE PODER ELECTRONICS MANUAL © 2002 por CRC Press LLC Eletrônica Industrial Series Editor da Série J. David Irwin, da Universidade Auburn Títulos incluídos na série Supervisionadas ou não Pattern Recognition: Extração de Características e Inteligência Computacional Evangelia Micheli-Tzanakou, Universidade Rutgers Acionamentos de motores de relutância comutado: Modelando, Simulação, análise, projeto, e Aplicações R. Krishnan, Virginia Tech O Manual de Eletrônica de Potência Timothy L. Skvarenina, Universidade Purdue
  2. 2. O Manual de Inteligência Computacional AplicadaMary Lou Padgett, da Universidade Auburn Nicolaos B. Karayiannis, University of Houston Lofti A. Zadeh, University of California, Berkeley A Handbook of Applied Neurocontrols Mary Lou Padgett, da Universidade Auburn Charles C. Jorgensen, NASA Ames Research Center Paul Werbos, National Science Foundation © 2002 por CRC Press LLC THE PODER ELECTRONICS MANUAL Eletrônica Industrial Series Editado por TIMOTHY L. SKVARENINA Universidade Purdue West Lafayette, Indiana
  3. 3. CRC PRESS Boca Raton Londres New York Washington, DC Biblioteca do Congresso de Dados de Catalogação na Publicação O manual eletrônica de potência e / ou editado por Timothy L. Skvarenina. p. cm. - (Série eletrônica Industrial) Inclui referências bibliográficas e índice. ISBN 0-8493-7336-0 (alq. Papel) 1. eletrônica de potência. I. Skvarenina, Timothy L. II. Series. TK7881.15 .P673 2001 621,31 ¢ 7-DC21 2001043047 Este livro contém informações obtidas de fontes autênticas e conceituados. Material reproduzido é citado com permissão, e as fontes são indicadas. Uma grande variedade de referências são listadas. Têm sido feitos esforços razoáveis ​​para publicar dados e informações fiáveis, mas os autores e o editor não pode assumir a responsabilidade para a validade de todos os materiais ou pelas conseqüências de seu uso. Nem este livro, nem qualquer parte pode ser reproduzida ou transmitida de qualquer forma ou por qualquer meio, eletrônico ou mecânico, incluindo fotocópia, microfilmagem, e gravação, ou por qualquer armazenamento de informações ou sistema de recuperação, sem prévio permissão por escrito da editora. Todos os direitos reservados. Autorização para fotocopiar itens para uso interno ou pessoal, ou o uso pessoal ou interna de específica clientes, poderá ser concedida pelo CRC Press LLC, desde que US $ 1,50 por página fotocopiada é pago diretamente ao Copyright Clearance Center, 222 Rosewood Drive, Danvers, MA 01923 EUA O código de taxa para os usuários do Reporting Service transacional é ISBN 0-8493-7336-0 / 02 / $ 0,00 + $ 1,50. A taxa está sujeita a alterações sem aviso prévio. Para as organizações que foram concedidas uma licença fotocópia pelo CCC, um sistema separado de pagamento tenha sido arranjado. O consentimento do CRC Press LLC não se estende a cópia para distribuição geral, para a promoção, para a criação de novas obras, ou para revenda. Permissão específica, deve ser obtido por escrito da CRC Press LLC para essa cópia. Direcionar todos os inquéritos à CRC Press LLC, 2000 NW Corporativo Blvd., Boca Raton, Florida 33431. Aviso de marca registada: produto ou corporativos nomes podem ser marcas comerciais ou marcas comerciais registradas, e só são usados ​​para identificação e explicação, sem intenção de infringir. Visite o site da CRC Press em www.crcpress.com © 2002 por CRC Press LLC Sem pretensão de obras do governo dos EUA originais Internacional Standard Book Número 0-8493-7336-0 Biblioteca do Congresso Cartão do número 2001043047 Impresso nos Estados Unidos da América1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 Impresso em papel acid-free
  4. 4. Prefácio Introdução O controle de energia elétrica com dispositivos eletrônicos de energia tornou-se cada vez mais importante ao longo os últimos 20 anos. Novas classes inteiras de motores foram habilitados pela eletrônica de potência, e o futuro oferece a possibilidade de um controlo mais eficaz da rede de energia elétrica usando o poder eleição Tronics. O Manual de Eletrônica de Potência é destinado a fornecer uma referência que é conciso e útil para os indivíduos, que vão desde estudantes em engenharia ao experiente, praticando profissionais. O manual abrange a vasta gama de tópicos que compõem o tema da eletrônica de potência misturando muitos dos tópicos tradicionais com as novas e inovadoras tecnologias que estão no vanguarda dos avanços sendo feitos neste assunto. A ênfase foi colocada na prática aplicação das tecnologias discutido para aumentar o valor do livro para o leitor e a permitir uma compreensão mais clara do material. As apresentações são deliberadamente um tutorial, e exemplos da utilização prática da tecnologia descrita foram incluídos. Os contribuintes para este Handbook abrangem todo o globo e incluem algumas das maiores autoridades em suas áreas de especialização. Eles são da indústria, governo e academia. Todos eles foram escolhido devido ao seu conhecimento íntimo de seus súditos, bem como a sua capacidade de apresentá-los de uma forma facilmente compreensível. Organização O livro está organizado em três partes. Parte I apresenta uma visão geral dos dispositivos semicondutores que são utilizados, ou projectado para ser usado, em dispositivos electrónicos de potência. Parte II explica a operação decircuitos usados ​​em dispositivos eletrônicos de potência, e Parte III descreve um número de pedidos de poder eletrônica, incluindo unidades motoras, aplicações de serviços públicos, e veículos elétricos. O Manual de Eletrônica de Potência é projetada para fornecer tanto o jovem engenheiro e o experimento ciada profissional com respostas para as questões que envolvem o amplo espectro de eletrônica de potência tecnologia abordados neste livro. A esperança é que a cobertura tópica, assim como os numerosos caminhos para o seu acesso, irá atender de forma eficiente as necessidades do leitor. © 2002 por CRC Press LLC
  5. 5. Agradecimentos Em primeiro lugar, gostaria de agradecer aos autores das seções individuais e os consultores editoriais para a sua assistência. Obviamente, este manual não seria possível sem eles. Eu gostaria de agradecer a todas as pessoas que estiveram envolvidas na preparação deste manual no CRC Press, especialmente Nora Konopka e Christine Andreasen para a sua orientação e paciência. Por fim, a minha mais profunda valori- ciação vai para minha esposa Carol, que gentilmente me permite exercer atividades como esta, apesar da tempo envolvido. © 2002 por CRC Press LLC O Editor Timothy L. Skvarenina recebeu seu BSEE e MSEE diplomas do Instituto de Tecno- Illinois gia em 1969 e 1970, respectivamente, e seu Ph.D. em engenharia elétrica pela Universidade de Purdue em 1979. Em 1970, ele entrou para o serviço ativo com a Força Aérea dos Estados Unidos, onde atuou 21 anos,
  6. 6. aposentando-secomo tenente-coronel, em 1991. Durante sua carreira da Força Aérea, ele passou seis anos concepção, construção,e fiscalizar projetos de distribuição de energia elétrica para uma variedade de instalações. Ele também foi designado parao corpo docente do Air Force Institute of Technology (AFIT) por 3 anos, onde ensinou e pesquisado sistemas convencionais de energia e sistemas de energia pulsada, incluindo railguns, de alta potência switches e geradores magnetocumulative. Dr. Skvarenina recebeu o Mérito da Força Aérea Medalha de Serviço por suas contribuições para o currículo AFIT em 1984. Ele também passou quatro anos com a Strategic Defense Initiative Escritório (SDIO), onde realizou e dirigido sistemas de larga escala estudos de análise. Ele recebeu o Departamento de Defesa Superior Service Medal em 1991 por seu contribuições para SDIO. Em 1991, Dr. Skvarenina se juntou ao corpo docente da Escola Superior de Tecnologia da Universidade de Purdue, ondeAtualmente, leciona cursos de graduação em máquinas elétricas e sistemas de energia, bem como a graduação em engenharia de instalações. Ele é um membro sênior do IEEE; um membro da Sociedade Americana para Educação em Engenharia (ASEE), Tau Beta Pi, e Eta Kappa Nu; e um registada engenheiro profissional no estado do Colorado. Dr. Skvarenina tem sido ativa em ambos IEEE e ASEE. Ocupou os cargos de secretário, vice- cadeira, e presidente do capítulo Central Indiana da Sociedade IEEE Power Engineering. No nacional nível que ele é um membro da Comissão de Educação da Sociedade de Engenharia de Energia. Ele também tem sidoactivo na sociedade IEEE Educação, servindo como editor associado das Operações sobre Educação e cadeira co-programa para os de 1999 e 2003 Frontiers in Conferências de Educação. Para a sua actividade e contribuições para a Sociedade de Educação, recebeu a terceira medalha IEEE Millennium em 2000. Dentro ASEE, Dr. Skvarenina tem sido um membro ativo da Conversão de Energia e Conservancy vação Division, servindo em uma série de escritórios, incluindo cadeira de divisão. Em 1999, ele foi eleito pelo Filiação ASEE ao Conselho de Administração para um mandato de 2 anos como Presidente, Conselho interesse profissionalIII. Em junho de 2000, ele foi eleito pelo Conselho de Administração como Vice-Presidente para a Profissão de juros Conselhos para o ano de 2000-2001. Dr. Skvarenina é o principal autor de um livro didático, alimentação e comandos elétricos, publicado em 2001. Ele é autor ou co-autor de mais de 25 trabalhos nas áreas de sistemas de energia, poder eletrônica, sistemas de pulsado de alimentação e educação em engenharia. © 2002 por CRC Press LLC Advisors Editorial Mariesa Corvo University of Missouri-Rolla Rolla, Missouri Farhad Nozari Boeing Corporação Seattle, Washington Scott Sudhoff Universidade Purdue West Lafayette, Indiana Annette von Jouanne Universidade do Estado de Oregon Corvallis, Oregon Oleg Wasynczuk Universidade Purdue West Lafayette, Indiana
  7. 7. © 2002 por CRC Press LLC Contribuintes Ali Agah Keith Corzine Sam Guccione SharifUniversityofTechnology Universidade de Wisconsin- Eastern Illinois University Teerã, Irã Milwaukee Charleston, Illinois Milwaukee, Wisconsin Ashish Agrawal Sándor Halász University of Alaska Fairbanks Dariusz Czarkowski Universidade de Budapeste Fairbanks, Alaska Universidade Politécnica de Tecnologia Brooklyn, New York e Economia Hirofumi Akagi Budapeste, Hungria Tokyo Institute of Technology Alexander Domijan, Jr. Tóquio, Japão University of Florida Azra Hasanovic Gainesville, Florida West Virginia University Sohail Anwar Morgantown, West Virginia Universidade Estadual da PensilvâniaMehrdad Ehsani Altoona, Pennsylvania Texas A & M University John Hecklesmiller College Station, Texas Melhor Power Technology, Inc. Rajapandian Ayyanar Nededah, Wisconsin Universidade Estadual do ArizonaAli Emadi Tempe, Arizona Illinois Institute of Technology Alex Huang Q. Chicago, Illinois Virginia Polytechnic Institute Vrej Barkhordarian e da Universidade Estadual International Rectifier Ali Feliachi Blacksburg, Virginia El Segundo, Califórnia West Virginia University Morgantown, West Virginia Iqbal Husain Ronald H. Brown A Universidade de Akron Universidade Marquette Wayne Galli Akron, Ohio Milwaukee, Wisconsin Southwest Power Pool Little Rock, Arkansas Amit Kumar Jain Patrick L. Chapman Universidade de Minnesota Universidade de Illinois Michael Giesselmann Minneapolis, Minnesota em Urbana-Champaign Texas Tech University Urbana, Illinois Lubbock, Texas Attila Karpati Universidade de Budapeste Badrul H. Chowdhury Tilak Gopalarathnam de Tecnologia University of Missouri-Rolla Texas A & M University e Economia Rolla, Missouri College Station, Texas Budapeste, Hungria
  8. 8. © 2002 por CRC Press LLC Philip T. Krein Michael E. Ropp Laura Steffek Universidade de Illinois Sul Dakota State University Melhor Power Technology, Inc. em Urbana-Champaign Brookings, Dakota do Sul Nededah, Wisconsin Urbana, Illinois Hossein Salehfar Roman Stemprok Dave Layden University of North Dakota University of North Texas Melhor Power Technology, Inc. Grand Forks, North Dakota Denton, Texas Nededah, Wisconsin Bipin Satavalekar Mahesh M. Swamy Daniel Logue University of Alaska Fairbanks Yaskawa Electric America Universidade de Illinois Fairbanks, Alaska Waukegan, Illinois em Urbana-Champaign Urbana, Illinois Karl Schoder Hamid A. Toliyat West Virginia University Texas A & M University Javad Mahdavi Morgantown, West Virginia College Station, Texas Universidade Sharif de Tecnologia Daniel Jeffrey Shortt Eric Walters Teerã, Irã Universidade Cedarville PC Krause and Associates Cedarville, Ohio West Lafayette, Indiana Paolo Mattavelli Universidade de Padova Timothy L. Skvarenina Oleg Wasynczuk Padova, Itália Universidade Purdue Universidade Purdue West Lafayette, Indiana West Lafayette, Indiana Roger Mensageiro Florida Atlantic University Zhidong Canção Richard W. Wies Boca Raton, Florida University of Florida University of Alaska Gainesville, Florida Fairbanks István Nagy Fairbanks, Alaska Universidade de Budapeste Giorgio Spiazzi de Tecnologia Universidade de Padova Brian Young e Economia Padova, Itália Melhor Power Technology, Inc. Budapeste, Hungria Nededah, Wisconsin Ana Stankovic Tahmid Ur Rahman Universidade Estadual de Cleveland Texas A & M University Cleveland, Ohio College Station, Texas Ralph Staus Kaushik Rajashekara Universidade Estadual da Pensilvânia Delphi Automotive Systems Reading, Pensilvânia Kokomo, Indiana © 2002 por CRC Press LLC
  9. 9. Conteúdo PARTE I Power Dispositivos Eletrônicos 1 Power Electronics 1.1 Overview Kaushik Rajashekara 1.2 Diodes Sohail Anwar 1.3 Schottky Diodes Sohail Anwar 1.4 Tiristores Sohail Anwar 1,5 Poder Transístores bipolares de junçãoSohail Anwar 1.6 MOSFETs Vrej Barkhordarian 1,7 Geral de semicondutores de potência Chave RequisitosAlex Huang Q. 1,8 Gate Turn-Off Tiristores Alex Huang Q. 1,9 Bipolar de porta isolada TransistoresAlex Huang Q. 1.10 Porta-Comutado Tiristores e Outros GTOs Hard-Conduzido Alex Huang Q. 1.11 Comparação Teste de Switches Alex Huang Q. PARTE II Poder Circuitos Eletrônicos e Controles 2 DC-DC 2.1 Visão geral Richard Wies, Bipin Satavalekar e Ashish Agrawal 2.2 Choppers Javad Mahdavi, Ali Agah, e Ali Emadi 2.3 Buck Converters Richard Wies, Bipin Satavalekar e Ashish Agrawal 2.4 Impulsione Converters Richard Wies, Bipin Satavalekar e Ashish Agrawal 2,5 Cuk Converter Richard Wies, Bipin Satavalekar e Ashish Agrawal 2.6 Buck-Boost Converters Daniel Jeffrey Shortt 3 AC-AC Conversão Sándor Halász 3.1 Introdução 3.2 Cicloconversores 3.3 Conversores de Matrix 4 retificadores 4.1 Retificadores monofásicos DescontroladaSam Guccione 4.2 Retificadores não controladas e controladasMahesh M. Swamy 4.3 Trifásico pulso modulação por largura de impulso-Type retificadoresAna Stankovic © 2002 por CRC Press LLC 5 Inversores 5.1 Visão geral Michael Giesselmann 5.2 DC-AC Conversão Attila Karpati 5.3 Resonant Converters István Nagy 5.4 Série-ressonante InversoresDariusz Czarkowski 5.5 Resonant DC-Link Inversores Michael B. Ropp 5.6 Auxiliar Resonant Comutado Pole Inversores
  10. 10. Eric Walters e Oleg Wasynczuk 6 Conversores Multinível Keith Corzine 6.1 Introdução 6.2 Multinível Voltage fonte de modulação 6.3 Fundamentais multinível Converter Topologias 6.4 Cascateou multinível Converter Topologias 6.5 Exemplos Multinível Converter laboratório 6.6 Conclusão 7 Estratégias de modulação 7.1 Introdução Michael Giesselmann 7.2 Seis Etapas Modulation Michael Giesselmann 7.3 Modulação por Largura de Pulso Michael Giesselmann 7,4 Injeção Harmonic Third para Tensão de Impulso de Sinais SPWM Michael Giesselmann 7,5 Geração de sinais PWM Usando microcontroladores e DSPs Michael Giesselmann 7.6 Tensão-acordo com a origem actual regulamentoMichael Giesselmann 7.7 Controle de feedback de histereseHossein Salehfar 7.8 Space-Vector Pulso Modulação por Largura Hamid A. Toliyat e Tahmid Ur Rahman 8 Controle deslizante-Mode de comutada de fontes de alimentação Giorgio Spiazzi e Paolo Mattavelli 8.1 Introdução 8.2 Introdução à Sliding-Mode Controle 8.3 Noções básicas de Sliding-Mode Theory 8.4 Aplicação de Controle deslizante-Mode para Princípio conversores CC-CC-Basic 8,5 Deslizando-Modo de Controle de Buck conversores CC-CC 8,6 Extensão para impulsionar e Buck-Boost conversores CC-CC 8,7 Extensão para Cuk e SEPIC conversores CC-CC 8,8 General-Purpose Sliding-Mode Implementação de Controle 8,9 Conclusões © 2002 por CRC Press LLC Aplicações Parte III e Considerações Sistemas 9 DC Motor Drives Ralph Staus 9.1 DC Motor Básico 9.2 Controle de velocidade DC 9.3 DC Unidade Basics 9.4 Drives Transistor PWM DC 9,5 Drives SCR DC 10 Machines CA controlada como DC Machines (DC sem escovas Máquinas / Eletrônica) Hamid A. Toliyat e Tilak Gopalarathnam 10.1 Introdução 10.2 Construção de Máquinas 10.3 Motor Características 10,4 conversor de poder eletrônico 10.5 Posição Sensing 10.6 Componentes de torque pulsante 10,7 Torque velocidade Características 10.8 Aplicações 11 Controle de Drives máquina de indução
  11. 11. Daniel Logue e Philip T. Krein11.1 Introdução 11,2 Scalar Indução de controle da máquina 11.3 Controle de Vetores de Máquinas de Indução 11.4 Resumo 12 -Ímã permanente Drives máquina síncrona Patrick L. Chapman 12.1 Introdução 12.2 Construção de MSIP Sistemas de Acionamento 12,3 Simulação e Modelo 12.4 Controlar o MSIP 12.5 Tópicos Avançados em Drives MSIP 13 Máquinas de relutância comutado Iqbal Husain 13.1 Introdução 13.2 Configuração de SRM 13.3 Princípio básico de funcionamento 13.4 Projeto 13.5 Converter Topologias 13,6 estratégias de controle 13.7 Controle Sensorless 13.8 Aplicações © 2002 por CRC Press LLC 14 Passo Motor Drives Ronald H. Brown 14.1 Introdução 14.2 Tipos e operação do Passo Motors 14,3 passo do motor Models 14,4 Controlo de Motores da etapa 15 Servo Drives Sándor Halász 15.1 Drives DC 15,2 Drives Motor de Indução 16 Uninterruptible Power Supplies Laura Steffek, John Hacklesmiller, Dave Layden, e Brian Young 16.1 Funções UPS 16.2 estáticas UPS Topologias 16,3 UPSs Rotary 16,4 alternativos AC e DC Fontes 17 Qualidade de Energia e Utility questões de interface 17.1 Visão geral Wayne Galli 17.2 Considerações sobre Qualidade de Energia Timothy L. Skvarenina 17,3 Passive Harmonic Filtros Badrul H. Chowdhury 17.4 Filtros Ativos para Condicionamento de potênciaHirofumi Akagi 17,5 Fator de Potência Unitário RetificaçãoRajapandian Ayyanar e Amit Kumar Jain 18 Células fotovoltaicas e Sistemas Roger Mensageiro 18.1 Introdução 18.2 Fundamentos da célula solar 18,3 utilitário interativo PV Applications 18,4 sistemas autônomos PV 19 Flexível, confiável e inteligente Energia Elétrica Sistemas de Distribuição Alexander Domijan, Jr. e Zhidong Canção 19.1 Introdução 19.2 O conceito de AMIGOS 19.3 Desenvolvimento de FRIENDS 19.4 As tecnologias eletrônicas avançadas de energia dentro de CCQ 19,5 Significância de amigos 19,6 Realização de AMIGOS 19.7 Conclusões
  12. 12. 20 Controladores de Fluxo de Potência da Unificação Ali Feliachi, Azra Hasanovic, e Karl Schoder 20.1 Introdução 20.2 Fluxo de Potência em uma Linha de Transmissão © 2002 por CRC Press LLC 20,3 UPFC Descrição e Operação 20,4 UPFC Modeling 20,5 Control Design 20.6 Estudo de caso 20.7 Conclusão Reconhecimento 21 Veículos mais-elétrico Ali Emadi e Mehrdad Ehsani 21,1 Aircraft Ali Emadi e Mehrdad Ehsani 21,2 Veículos Terrestres Ali Emadi e Mehrdad Ehsani 22 Princípios de Magnetics Roman Stemprok 22.1 Introdução 22,2 Natureza de um campo magnético 22,3 Eletromagnetismo 22,4 Magnetic densidade de fluxo 22,5 circuitos magnéticos 22,6 Magnetic intensidade do campo 22,7 equações de Maxwell 22,8 indutância 22.9 Considerações Práticas 23 Simulação Computacional de Eletrônica de PotênciaMichael Giesselmann 23.1 Introdução 23.2 Código Qualificação e Validação do Modelo 23.3 Conceitos Básicos-Simulação de um conversor Buck 23.4 Técnicas Avançadas de Simulação de um full-ponte (H-Bridge) Converter 23.5 Conclusões © 2002 por CRC Press LLC
  13. 13. EU Electronic Power Devices 1 Power Electronics Kaushik Rajashekara, Sohail Anwar, Vrej Barkhordarian, Alex Huang Q. Visão geral • • Diodos Schottky Diodes • Tiristores • Poder de Junção Bipolar Transistores • MOSFETs • Geral de semicondutores de potência Chave Requisitos • Portão Turn-Off Tiristores • bipolar de porta isolada Transistores • GATE-Comutado Tiristores e outros Hard-Driven GTOs • Comparação Teste de Switches © 2002 por CRC Press LLC 1
  14. 14. Eletrônica de Potência Kaushik Rajashekara 1.1 Visão global Thyristor e Triac • Gate Turn-Off Thyristor • ReverseDelphi Automotive Systems Realização Tiristor (RCT) e assimétrico silício Sohail Anwar Retificador Controlado (ASCR) • Transistor Alimentação • Fonte Universidade Estadual da Pensilvânia MOSFET • Duplas-Gate Bipolar Transistor (IGBT) • Thyristor MOS-Controlada (MCT) Vrej Barkhordarian 1.2 Diodes International Rectifier Características• Classificações principais para Diodes • Retificador Circuits • O teste de um Poder Diode • Proteção do PoderAlex Huang Q. Diodes Virginia Polytechnic Institute e da Universidade Estadual 1.3 Schottky Diodes Características• Especificações de dados • Teste de Schottky Diodes 1.4 Tiristores As noções básicas de retificadores Silicon-controlados (SCR) • Características• SCR turn-off Circuitos • SCR Classificações • O DIAC • O Triac • A Silicon-Controlled Alterne • The Gate Folha Thyristor • Dados turn-off para um Thyristor típica 1,5 Poder Transístores bipolares de junção As características Volt-Ampere de uma polarização BJT • BJT • BJT Perdas de Energia • BJT Testing • Proteção BJT 1.6 MOSFETs Características estáticos• Dinâmico Características• Aplicações 1,7 Geral de Energia Semiconductor Interruptor Requisitos 1,8 Gate Turn-Off Tiristores GTO Atacante Condução • GTO Turn-Off and Forward Bloqueio • GTO Prático Turn-Off Operação • Dinâmico Avalanche • Non-Uniform de desligamento Processo entre GTO Células• Resumo 1,9 Bipolar de porta isolada Transistores IGBT Estrutura e Funcionamento 1.10 Porta-Comutado Tiristores e Outros GTOs Hard-Conduzido Unity Gain Turn-Off GTOs Operação • Hard-Conduzido 1.11 Comparação Teste de Switches Tester pulso utilizada para a caracterização • Os dispositivos usados ​​para Comparação • Verificação Ganho Unitário • Portão unidade Circuits • Perda Atacante Condução Caracterização • Testes de comutação • Conclusões Discussão • Comparação © 2002 por CRC Press LLC 1.1 Visão global Kaushik Rajashekara A era moderna da eletrônica de potência começou com a introdução de tiristores no final dos anos 1950. Agora há vários tipos de dispositivos de energia disponíveis para aplicações de alta potência e de alta freqüência. O mais dispositivos de energia notáveis ​​são porta tiristores turn-off, poder transistores Darlington, MOSFETs de potência e isolados-gate transistores bipolares (IGBTs). Dispositivos semicondutores de potência são o mais importante funcionalelementos em todas as aplicações de conversão de energia. Os dispositivos de energia são utilizados principalmente como muda para converterpoder de uma forma para outra. Eles são usados ​​em sistemas de controle de motores, fontes de alimentação ininterrupta,de alta tensão de transmissão DC, fontes de alimentação, aquecimento por indução, e em muitos outros de conversão de energiaaplicações. A avaliação das características básicas destes dispositivos de energia é apresentado nesta seção. Thyristor e Triac O thyristor, também chamado de retificador controlado de silício-(SCR), é basicamente um de quatro camadas de três junção pnpndispositivo. Ele tem três terminais: ânodo, cátodo, e portão. O dispositivo está ligado através da aplicação de um pulso curtodo outro lado da porta, e cátodo. Uma vez que o dispositivo é ligado, o portão perde seu controle para desligar o dispositivo.O desvio é conseguido através da aplicação de uma tensão inversa entre o ânodo e cátodo. O símbolo thyristor e as suas características voltampere são mostrados na Fig. 1.1 . Existem basicamente duas classificações de tiristores: grau conversor e inversor série. A diferença entre um conversor de nível e uma inverter- tiristor grau é o tempo de desligar baixa (da ordem de alguns microssegundos) para o último. O converter- tirístores são de grau tipo lento e são utilizados em aplicações de comutação naturais (controlado) ou de fase.
  15. 15. FIGURA 1.1 (A) símbolo Thyristor e (b) as características volt-ampere. (De Bose, BK, modernos Eletrônica de Potência: Avaliação, Tecnologia e Aplicações, p. 5. © 1992 IEEE. Com a permissão.) © 2002 por CRC Press LLC Figura 1.2 (A) símbolo Triac e (b) as características volt-ampere. (De Bose, BK, modernos Eletrônica de Potência: Avaliação, Tecnologia e Aplicações, p. 5. © 1992 IEEE. Com a permissão.) Tiristores Inverter-grade são usados ​​em aplicações de comutação forçada como choppers DC-DC e Inversores DC-AC. Os tiristores inversor de grau são desligados por forçando a corrente a zero com um circuito de comutação externa. Isto exige componentes de comutação adicionais, resultando, assim, em perdas adicionais no inversor. Tiristores são dispositivos altamente robustos em termos de correntes transitórias, di / dt e dv / dt capacidade. O queda de tensão directa de tiristores é de cerca de 1,5 a 2 V, e até mesmo com correntes mais altas, da ordem de 1000 A,que raramente excede 3 V. Enquanto a tensão direta determina a perda de energia on-estado do dispositivo em qualquerdado atual, a perda de poder de comutação torna-se um fator dominante que afeta a junção do dispositivo temperatura nas freqüências de operação. Devido a isso, a comutação de frequências máxima possível usando tiristores são limitados em comparação com outros dispositivos de energia considerados nesta seção. Tiristores ter I 2 t suportar capacidade e podem ser protegidos por fusíveis. A atual onda nonrepetitive capacidade de tiristores é cerca de 10 vezes a sua raiz classificado mean square (RMS) atual. Eles devem ser protegidospor redes de amortecimento para / dt dv e di / dt efeitos. Se o especificado dv / dt for excedido, pode começar tiristores condução sem aplicar um pulso portão. Em aplicações de conversão CC para CA, é necessário utilizar um diodo antiparalelo de classificação semelhante em cada thyristor principal. Tiristores estão disponíveis até 6000 V, 3500 A.A triac é funcionalmente um par de tiristores conversor de grau ligados em antiparalelo. O símbolo triac e características voltampere são mostrados na Fig. 1.2 . Devido à integração, o triac tem má reaplicado dv / dt , pobre portão sensibilidade da corrente ao ligar, e maior tempo de turn-off. Triacs são utilizados principalmente na faseaplicações de controle, tais como em reguladores de corrente alternada para iluminação e controle de ventilador e em relés de corrente alternada de estado sólido. Gate Turn-Off Thyristor
  16. 16. O GTO é um dispositivo de comutação de energia que pode ser ativado por um curto pulso de corrente de porta e virouoff por um impulso de porta inversa. Esta porta de amplitude de corrente inversa é dependente da corrente do ânodo serdesligada. Assim, não há necessidade de um circuito de comutação externo para desligá-lo. Porque turn-off é fornecido por ignorando transportadoras directamente para o circuito de porta, o seu tempo de desligação é curto, dando assim maiscapacidade de operação de alta frequência do que tiristores. O símbolo GTO e características turn-off são mostrados na Fig. 1.3 . GTOs têm o I 2 t suportar capacidade e, consequentemente, podem ser protegidos por fusíveis semicondutores. Para confiáveloperação de GTOs, os aspectos críticos são design adequado do circuito portão turn-off e o amortecedor circuito. Um GTO tem um ganho de corrente pobre de desligamento da ordem de 4 a 5. Por exemplo, um A-2000 corrente de picoGTO pode exigir tão elevada como 500 A de corrente de porta inversa. Além disso, um GTO tem a tendência para trancar atemperaturas acima de 125 ° C. GTOs estão disponíveis até cerca de 4500 V, 2500 A. © 2002 por CRC Press LLC Figura 1.3 (A) símbolo GTO e (b) as características de desligamento. (De Bose, BK, Modern Power Electronics: ava- liação, Tecnologia e Aplicações, p. 5. © 1992 IEEE. Com a permissão.) Tiristor (RCT) e assimétrico Reverse-Realização Retificador Controlado-Silicon (ASCR) Normalmente, em aplicações de inversor, um díodo em antiparalelo está ligado ao tiristor para comu- tação / fins libertários. Em ensaios clínicos randomizados, o diodo é integrado com um thyristor comutação rápida em umúnico chip de silício. Assim, o número de dispositivos de alimentação pode ser reduzida. Esta integração traz diante uma melhoria substancial das características estáticas e dinâmicas, bem como o seu circuito global desempenho. As ECAs são projetados principalmente para aplicações específicas, tais como unidades de tração. O antiparallel diodo limita a tensão inversa entre o tiristor de 1 a 2 V. Além disso, por causa da recuperação inversa comportamento dos diodos, o tiristor pode ver muito alto reaplicado dv / dt quando o diodo se recupera de sua tensão reversa. Isto requer o uso de grandes redes RC amortecimento para suprimir transientes de tensão. Como o escala de aplicação de tiristores e diodos estende em freqüências mais altas, a sua taxa de recuperação reversa torna-se cada vez mais importante. Altas autoliquidação recuperação resulta em dissipação de alta potência durante comutação. A ASCR tem a frente semelhante bloqueando capacidade de um thyristor inverter-grade, mas tem um limitado bloqueio (cerca de 20 a 30 V) capacidade de reverter. Ele tem uma queda de tensão no estado de cerca de 25% menos do que umathyristor inverter-grade de uma classificação similar. A ASCR apresenta um tempo de turn-off rápido; assim pode trabalhar emuma frequência superior a uma SCR. Uma vez que o tempo de desligação é para baixo por um factor de cerca de 2, o tamanho docomponentes comutadores podem ser reduzidos para metade. Devido a isso, as perdas de comutação também será baixo.Porta-assistida técnicas de turn-off são usados ​​para reduzir ainda mais o tempo de desligamento de um ASCR. O aplicação de uma tensão negativa para o portão durante a abertura de fora ajuda a evacuar carga armazenada no dispositivoe ajuda os mecanismos de recuperação. Isto, na verdade, reduzir o tempo de turn-off por um fator de até 2 sobre o dispositivo convencional. © 2002 por CRC Press LLC
  17. 17. Figura 1.4 Um de dois estágios Darlington transistor com diodo de bypass. (De Bose, BK, modernos Eletrônica de Potência: Avaliação, Tecnologia e Aplicações, p. 6. © 1992 IEEE. Com a permissão.) Transistor de potência Transistores de potência são utilizados em aplicações que vão de alguns a várias centenas de kilowatts e comutação frequências até cerca de 10 kHz. Transistores de potência usadas em aplicações de conversão de energia são geralmentenpn tipo. O transistor de potência é ligado através do fornecimento de corrente de base suficiente, e esta unidade base tempara ser mantida durante todo o seu período de condução. Ela é desativada por retirar a unidade de base e fazendo a tensão de base ligeiramente negativo (dentro - V BE (max) ). A tensão de saturação do dispositivo é normalmente de 0,5 a 2,5 V e aumenta à medida que a corrente aumenta. Assim, as perdas do estado aumentar maisque proporcionalmente com a corrente. O transistor de estado de perdas são muito mais baixos do que as perdas do estadoporque a corrente de fuga do dispositivo é da ordem de poucos mA. Por causa da relativamente maior tempos de comutação, a perda de comutação aumenta significativamente com a freqüência de comutação. Transistores de potência podebloco só para a frente tensões. A avaliação de tensão de pico inverso destes dispositivos é tão baixa quanto 5 a 10 V.Transistores de potência não têm I 2 t suportabilidade. Em outras palavras, elas podem absorver muito pouco energia antes de avaria. Por isso, eles não podem ser protegidos por fusíveis semicondutores, e, assim, uma método de protecção electrónico tem que ser utilizado. Para eliminar as actuais exigências de base elevado, configurações Darlington são comumente usados. Eles são disponível em monolítica ou em embalagens isoladas. A configuração básica de Darlington é mostrado esquematicamentena Fig. 1.4 . A configuração de Darlington apresenta uma vantagem específica na medida em que podem aumentar consideravelmentea corrente comutada pelo transistor para uma determinada unidade de base. O V CE (sat) para o Darlington é geralmentemais do que a de um único transistor de classificação semelhante com o aumento da perda de potência no estado correspondente.Durante a mudança, a junção coletor reversamente polarizada pode apresentar efeitos de degradação hot spots que sãoespecificada pela inversão de viés área segura operacional (RBSOA) e voltada para o viés de área de operação segura (FBSOA).Os dispositivos modernos com altamente interdigited vigor geometria da base emissor atual distribuição mais uniformee, portanto, melhorar consideravelmente os efeitos de degradação secundárias. Normalmente, a mudança bem concebidorede ajuda restringe o funcionamento do dispositivo, bem dentro da SOA. MOSFET MOSFETs de potência são comercializados por fabricantes diferentes com as diferenças na geometria interna e com nomes diferentes, tais como Megamos, HEXFET, SIPMOS e TMOS. Eles têm características únicas que fazem -os potencialmente atractivo para aplicações de comutação. Eles são, essencialmente, e não para a tensão dispositivos às correntes, ao contrário de transistores bipolares. O portão de um MOSFET é isolado electricamente a partir da fonte por uma camada de óxido de silício. O portão consome apenas uma corrente de fuga minuto na ordem dos nano amperes. Por isso, o circuito de comando de porta é simplese perda de potência no circuito de controle do portão é praticamente desprezível. Embora no estado estacionário o portão chamavirtualmente nenhuma corrente, isto não é tão sob condições transientes. A fonte porta-a-porta e-to-dreno © 2002 por CRC Press LLC
  18. 18. Figura 1.5 Poder MOSFET símbolo circuito. (De Bose, BK, modernos Eletrônica de Potência: Avaliação, Tecnologia, e Aplicações, p. 7. © 1992 IEEE. Com a permissão.) capacitâncias têm que ser carregada e descarregada de forma adequada para se obter a desejada velocidade de comutação, ecircuito a unidade deve ter uma impedância de saída suficientemente baixo para suprir a carga necessária e descarregando correntes. O símbolo circuito de um MOSFET de alimentação está representado na fig. 1.5 . MOSFETs de energia são dispositivos de suporte da maioria, e não há tempo de armazenamento dos portadores minoritários. Assim,eles têm ascensão e queda vezes excepcionalmente rápidos. Eles são dispositivos essencialmente resistivas quando ligado,enquanto que os transistores bipolares apresentam uma forma mais ou menos constante V CE (sat) ao longo da gama de funcionamento normal. Poderdissipação em MOSFETs é Id 2 R DS (on) , e em bipolares é I C V CE (sat) . A baixas correntes, por conseguinte, um poder MOSFET pode ter uma perda de condução mais baixa do que um dispositivo bipolar comparável, mas com correntes mais altas,a perda de condução vai superar a dos bipolares. Além disso, o R DS (em) aumenta com a temperatura. Uma característica importante de um MOSFET de energia é a ausência de um efeito de repartição secundária, que éapresentar em um transistor bipolar, e como resultado, tem um desempenho de comutação extremamente robusto. EmMOSFETs, R DS (sobre) aumenta com a temperatura, e assim a corrente é automaticamente desviado de o hot spot. A junção corpo de drenagem aparece como um diodo antiparallel entre fonte e dreno. Assim, MOSFETs de potência não vai apoiar tensão na direção inversa. Embora este diodo inverso é relativamente rápido, que é lento em comparação com o MOSFET. Dispositivos recentes têm um tempo de recuperação diodo tão baixo quanto100 ns. Uma vez que os MOSFETs não pode ser protegido por fusíveis, uma técnica de protecção electrónico tem que ser utilizado.Com o avanço da tecnologia MOS, MOSFETs robustos estão substituindo o convencional MOSFETs. A necessidade de ruggedize MOSFETs de energia está relacionada com a confiabilidade do dispositivo. Se um MOSFET está operandodentro de sua faixa de especificação em todos os momentos, as suas chances de falhar catastroficamente são mínimas. No entanto,se a sua classificação máxima absoluta é excedido, probabilidade de falha aumenta drasticamente. Sob real condições de funcionamento, um MOSFET pode ser submetido a transientes de tanto externamente a partir do barramento de energiafornecendo o circuito ou a partir do circuito em si, devido, por exemplo, para chutes indutivos que vão além da classificações máximas absolutas. Tais condições são prováveis ​​em quase todas as aplicações, e na maioria dos casos sãoalém do controle do designer. Dispositivos robustos são feitos para ser mais tolerante para transientes de sobretensão.Robustez é a capacidade de um MOSFET para operar em um ambiente de tensões elétricas dinâmicas, sem activar qualquer dos parasitas transistores de junção bipolar. O dispositivo robusto pode suportar níveis mais elevados de recuperação diodo dv / dt e estático dv / dt. Duplas-Gate Bipolar Transistor (IGBT) O IGBT tem as características de alta impedância de entrada e de alta velocidade de um MOSFET com a condutividadecaracterística (baixa tensão de saturação) de um transistor bipolar. O IGBT é ligado através da aplicação de um positivotensão entre o portão e emissor e, como no MOSFET, ele está desligado, fazendo o sinal de porta zero ou ligeiramente negativa. O IGBT tem uma queda de tensão muito menor do que um MOSFET de classificações semelhantes. © 2002 por CRC Press LLC
  19. 19. Figura 1.6 (A) IGBT Nonpunch-through, (b) Circuito de soco-through IGBT, (c) IGBT equivalente. A estrutura de um IGBT é mais como um thyristor e MOSFET. Para um dado IGBT, existe um valor crítico de corrente de coletor que irá causar uma grande queda de tensão suficiente para ativar o tiristor. Assim, o dispositivo fabricante especifica o coletor de corrente admissível de pico que pode fluir sem trava-up ocorrendo. Lá é também uma fonte de tensão de porta correspondente que permite que este fluxo de corrente que não deve ser excedido.Como o MOSFET de energia, o IGBT não apresentam o fenômeno repartição secundária comum para transistores bipolares. No entanto, deve-se tomar cuidado para não exceder a dissipação de potência máxima e especificado temperatura máxima da junção do dispositivo em todas as condições de garantia fiável operação. A tensão no estado do IGBT é fortemente dependente da tensão da porta. Para obter um baixo no estado de tensão, uma tensão suficientemente elevada porta deve ser aplicada. Em geral, IGBTs pode ser classificado como um soco-through (PT) e nonpunch-through (TNP) estruturas, como mostrado na Fig. 1.6 . No PT IGBT, um N + camada tampão é normalmente introduzido entre a P + substrato e a N - camada epitaxial, de modo que todo o N - região de flutuação está esgotada quando o dispositivo de bloqueio é o estado desligadotensão, e na forma de campo elétrico no interior do N - região deriva está perto de uma forma retangular. Porque um mais curto N - região pode ser utilizado no IGBT vazada, um melhor equilíbrio entre a tensão para a frente cair e tempo de desligamento pode ser alcançado. PT IGBTs estão disponíveis até cerca de 1200 V. IGBTs de alta tensão são realizados através de um processo nonpunch-through. Os sensores são construídos em um N - substrato wafer, que serve como o N - região deriva base. Experimental NPT IGBTs de até cerca de 4 kV têm sido relatados na literatura. IGBTs NPT são mais robustos do PT IGBTs, particularmente sob curto condições de circuito. Mas NPT IGBTs ter uma queda de tensão direta maior do que os IGBTs PT. O PT IGBTs não pode ser tão facilmente paralelo como MOSFETs. Os factores que inibem a partilha de corrente IGBTs ligados em paralelo são (1) on-estado desequilíbrio atual, causada por V CE (sat) distribuição e principal circuito de fiação de distribuição de resistência, e (2) desequilíbrio de corrente no turn-on e turn-off, causada pela comutação diferença de horário dos dispositivos ligados em paralelo e distribuição indutância fiação do circuito. O TNP IGBTs pode ser comparado por causa de sua propriedade coeficiente de temperatura positivo. © 2002 por CRC Press LLC Figura 1.7 Secção transversal da célula típica e circuito esquemático para P-MCT. (De Harris Semiconductor, Guia do Usuário de MOS Thyristor controlada. Com a permissão.) Thyristor MOS-Controlada (MCT) O MCT é um novo tipo de dispositivo semicondutor de potência que combina as capacidades de tensão thyristor e atual com MOS fechado turn-on e turn-off. É um de alta potência, de alta freqüência, baixa de condução gota e um dispositivo robusto, o que é mais provável de ser utilizado no futuro para média e alta potência aplicações. Uma estrutura da secção transversal de um p -type MCT com o seu esquema de circuito é mostrado na Fig. 1.7 .O MCT tem uma estrutura tipo thyristor com três cruzamentos e pnpn camadas entre o ânodo e cátodo. Na prática um MCT, cerca de 100.000 células semelhantes à mostrada estão em paralelo para alcançar o desejada classificação atual. MCT está ligado por um impulso negativo de voltagem na porta em relação ao ânodo, desligou-se por um pulso de tensão positiva. O MCT foi anunciada pelo R & D Center General Electric em 30 de novembro de 1988. Harris Semiconductor Corporation desenvolveu duas gerações de p -MCTs. Gen-1 p -MCTs estão disponíveis em 65 A / 1000 V e 75 A / 600 V com corrente controlável pico de 120 A. Gen-2 p -MCTs estão sendo desenvolvidos em faixas de corrente e tensão semelhantes, com muito maior capacidade de ativar-se e velocidade de comutação. A razão para o desenvolvimento de um p -MCT é o facto de a densidade de corrente que pode ser desligado é dois
  20. 20. ou três vezes maior que a de um n -MCT; mas n -MCTs são os necessários para muitos práticoaplicações. A vantagem de um MCT sobre IGBT é a sua baixa queda de tensão. n -tipo MCTs será esperado para tem uma queda de tensão directa semelhante, mas com uma melhoria de polarização inversa área de operação segura e interrupçãovelocidade. MCTs têm tempos relativamente baixos de comutação e tempo de armazenamento. O MCT é capaz de alta correntedensidades e tensões de bloqueio nos dois sentidos. Uma vez que o ganho de potência de um MCT é extremamente elevada,Pode ser accionada directamente a partir de portas lógicas. Um MCT tem alta di / dt (da ordem de 2500 A / μ s) e alta dv / dt (da ordem de V / 20.000 μ s) de capacidade. O MCT, por causa de suas características superiores, mostra uma enorme possibilidade para aplicações tais como acionamentos de motores, fontes de alimentação ininterrupta, compensadores estáticos, e alta potência de potência ativacondicionadores de linha. Os dispositivos atuais e futuras de semicondutores de potência direção do desenvolvimento é mostrado na Fig. 1.8 .Capacidade de operação de alta temperatura e baixa operação de queda de tensão para a frente pode ser obtida se o silícioé substituída por material de carboneto de silício para a produção de dispositivos de energia. O carbureto de silício tem uma banda maiorgap do que o silício. Assim, poderiam ser desenvolvidos dispositivos de tensão de ruptura superior. Dispositivos de carbeto de silíciotêm excelentes características de comutação e as tensões de bloqueio estáveis ​​a temperaturas mais elevadas. Mas o silíciodispositivos de carboneto ainda estão nos primeiros estágios de desenvolvimento. © 2002 por CRC Press LLC Figura 1.8 Semicondutores de potência direção do desenvolvimento de dispositivos atuais e futuros. (A partir de Huang, AQ, recentesdesenvolvimentos de dispositivos semicondutores de potência, VPEC Seminário Proceedings, pp. 1-9. Com a permissão.) Referências Bose, BK, modernos Eletrônica de Potência: Avaliação, Tecnologia e Aplicações, IEEE Press, New York, 1992. Harris Semiconductor, Guia do Usuário de MOS Controlled Thyristor. Huang, AQ, os desenvolvimentos recentes de dispositivos semicondutores de potência, em VPEC Seminário Proceedings,Setembro de 1995, 1-9. Mohan, N. e T. Undeland, Eletrônica de Potência: Conversores, Applications, and Design, John Wiley & Sons, Nova Iorque, 1995. Wojslawowicz, J., transistores robustos emergindo como porta-estandartes de potência MOSFET, Technics Poder Magazine, Janeiro de 1988, 29-32. Maiores informações Pássaro, BM e KG King, An Introduction to Power Electronics, Wiley-Interscience, New York, 1984. Sittig, R. e P. Roggwiller, dispositivos semicondutores para Condicionamento de potência, Plenum, New York, 1982. Temple, VAK, avanços na tecnologia thyristor MOS controlada e capacidade, Power Conversion, 544-554, outubro de 1989. Williams, BW , Eletrônica de Potência, dispositivos, aplicações e controladores, John Wiley, New York, 1987. 1.2 Diodes Sohail Anwar Diodos de potência desempenhar um papel importante em circuitos de eletrônica de potência. Eles são utilizados principalmente como descontroladarectificadores para converter monofásico ou trifásico de tensão AC para DC. Eles também são utilizados para fornecer um caminhopara o fluxo de corrente em cargas indutivas. Os tipos mais comuns de materiais semicondutores utilizados para construir diodossão silício e germânio. Diodos de potência são geralmente construídos usando silício porque diodos de silício pode operar a corrente mais alta e a temperaturas mais elevadas do que os diodos de derivação de germânio. O símbolo para umadíodo semicondutor é dada na Fig. 1.9 . A tensão terminal e atual são representados como V d e I d , respectivamente. A Figura 1.10 apresenta a estrutura de um diodo. Ele tem um ânodo (A) e terminal de um cátodo (K)terminal. O díodo é construído por junção de duas peças de material semicondutor p -type e um n --type para formar um pn -junction. Quando o terminal de ânodo é positiva em relação ao cátodo terminal, o pn -junction torna-se polarizado diretamente e o diodo conduz a corrente com um relativamente baixo queda de tensão. Quando o terminal de cátodo é positiva em relação ao terminal de ânodo, o pn -junction torna-se inversa-tendenciosa e o fluxo de corrente é bloqueada. A seta no símbolo de diodo na Fig. 1.9 mostra a direcção do fluxo de corrente convencional, quando o díodo conduz.
  21. 21. © 2002 por CRC Press LLC Características As características tensão-corrente de um diodo são mostrados na Fig. 1.11 . Em A a região para a frente, o diodo começa a conduzir quando a voltagem do ânodo é aumentaram em relação ao cátodo. A tensão actual começa onde I d para aumentar rapidamente é chamado a tensão do joelho do diodo. Para uma silício+ díodo, a tensão de joelho é de aproximadamente 0,7 V. Acima da voltagem de joelho,Vd pequenos aumentos na tensão do diodo produzir grandes aumentos no diodo _ corrente. Se a corrente do díodo é muito grande, o calor excessivo irá ser gerado, que pode destruir o diodo. Quando o diodo é inversa-tendenciosa, diodo corrente é muito pequeno para todos os valores de voltagem inversa menos do que o diodo tensão de ruptura. Na repartição, a atual diodo aumenta rapidamente K para pequenos aumentos na tensão do diodo. Figura 1.9 Símbolo Diode. Principais avaliações para Diodes A As Figuras 1.12 e 1.13 mostram folhas de dados típicos para diodos de potência. Média Máxima Corrente em avanço EUd A corrente média máxima para a frente (I f (avg) max ) é a corrente de um diodo pode lidar com segurança quando polarizado. Diodos de potência estão disponíveis em+ Pratings de alguns amperes para várias centenas de ampères. Por exemplo, Vd o diodo de potência D 6 descrito na ficha de especificação de dados ( Fig 1.12 )N _ pode lidar com até 6 A no sentido progressivo, quando utilizado como um retificador. Tensão inversa de pico A tensão de pico inverso (PIV) de um diodo é a tensão máxima inversa que pode ser ligado através de um díodo sem avaria. O pico K tensão inversa também é chamado de pico de tensão reversa ou de ruptura reversa tensão. As classificações de PIV de diodos de força se estende a partir de alguns volts paraFigura 1.10 Estrutura de diodo. vários milhares de volts. Por exemplo, o diodo de potência D 6 tem uma classificação de PIV de até 1600 V, como se mostra na fig. 1.12 . FIGURA 1.11 Diode tensão-corrente característica. © 2002 por CRC Press LLC
  22. 22. FIGURA 1.12 Diodo de dados de folha-avaliações. (De USHA, na Índia. Com a permissão.) © 2002 por CRC Press LLC
  23. 23. FIGURA 1.13 Curvas de dados Diode folha-característico. © 2002 por CRC Press LLC FIGURA 1.14 Circuito Basic for retificador de meia-onda. V V FIGURA 1.15 entrada e tensão de saída formas de onda para o circuito da Fig. 1.14 .
  24. 24. Corrente Máxima Surge O I FSM (máximo onda forward) avaliação é a corrente máxima que o diodo pode manipular como um transitória ocasional ou a partir de uma falha no circuito. O I FSM classificação para o diodo de potência D 6 é de até 190 A, comomostrado na Fig 1.12 . Temperatura máxima da junção Este parâmetro define a temperatura máxima da junção de um diodo que pode suportar sem falha. A temperatura máxima da junção para o diodo de potência D 6 é de 180 ° C. Circuitos retificadores Circuitos retificadores produzir uma tensão contínua ou corrente de uma fonte AC. O diodo é um componente essencialdestes circuitos. A Figura 1.14 apresenta um circuito rectificador de meia-onda usando um diodo. Durante a metade positivaciclo da tensão da fonte, o diodo é polarizado diretamente e conduz para v s ( t ) > E f . O valor de E f para germânio é de 0,2 V, e para o silício é de 0,7 V. Durante o meio ciclo negativo de v s ( t ), o diodo é reversa tendenciosa e não conduz. A tensão v L ( t ) através da carga de R L é mostrado na Fig. 1.15 . O circuito retificador de meia-onda produz uma corrente pulsante direto que utiliza apenas o meio ciclo positivo da tensão da fonte. O rectificador de onda completo mostrada na Fig. 1.16 usa ambos os meios ciclos de tensão da fonte.Durante o meio ciclo positivo de v s ( t ), os diodos D 1 e D 2 são polarizado diretamente e conduta. Diodos D 3 e D 4 são reverse-tendenciosa e não realizam. Durante o meio ciclo negativo de v s ( t ), os diodos D 1 e D 2 são reverse-tendenciosa e não conduzem, ao passo que os diodos D 3 e D 4 são polarizado diretamente e conduta. O tensão v L ( t ) através da carga de R L é mostrado na Fig. 1.17 . © 2002 por CRC Press LLC D 1 D 4 Eu carregar s (T) D 3 D 2 FIGURA 1.16 Circuito Basic for retificador de onda completa. V V FIGURA 1,17 de entrada e tensão de saída formas de onda para o circuito da Fig. 1.16 . Testando um diodo de potência Um ohmímetro pode ser usado para testar diodos de potência. O ohmímetro está ligado de modo que o diodo é forwardertendenciosa. Isso deve lhe dar uma leitura baixa resistência. Inverter as pontas ohmímetro deve dar uma muito alta resistência ou até mesmo uma leitura infinita. A resistência muito baixa leitura em ambos os sentidos indica um curto-circuitodiodo. Uma alta resistência de leitura em ambas as direcções indica um diodo aberto. Protecção dos diodos de potência Um diodo de potência devem ser protegidos contra sobrecarga de corrente, sobre a tensão, e transientes. Quando um diodo é inversa-tendencioso, ele age como um circuito aberto. Se a tensão de polarização inversa ultrapassa o colapsotensão, uma grande corrente de fluxo de resultados. Com esta alta tensão e alta corrente, dissipação de energia no junção do diodo pode exceder o seu valor máximo, destruindo o diodo. Para a protecção de diodo, que é um prática usual para escolher um diodo com uma tensão nominal de pico inversa que é 1,2 vezes maior do que o
  25. 25. tensão esperada durante condições normais de funcionamento.As classificações actuais para os díodos são com base nas temperaturas máximas de junção. Como medida de segurança,Recomenda-se que a corrente do díodo ser mantido abaixo deste valor nominal. Transientes elétricos pode causar voltagens mais altas do que o normal através de um diodo. Para proteger um diodo dos transientes, um circuito série RCpode ser ligado através do diodo para reduzir a taxa de variação da tensão. © 2002 por CRC Press LLC 1.3 Schottky Diodes Sohail Anwar Colagem de um metal, tal como alumínio ou platina, para n -type silício constitui um díodo Schottky. O Schottky diodo é muitas vezes utilizado em circuitos integrados para aplicações de comutação de alta velocidade. Um exemplo de um altoaplicação de comutação de velocidade é um detector em freqüências de microondas. O díodo Schottky tem um voltage-corrente característica semelhante à de um silício pn -junction diodo. O Schottky é um subgrupo do TTL família e é desenhado para reduzir o tempo de propagação dos chips TTL IC padrão. A construção do díodo de Schottky é mostrado na Fig. 1.18a , e o seu símbolo é mostrado na Fig. 1.18b . Características As características de baixo ruído do diodo Schottky tornam ideal para aplicação em monitores de potência de baixo nível de freqüência de rádio, detectores de alta freqüência, e Doppler misturadores de radar. Um dos principais vantagens do díodo de Schottky barreira é a sua baixa queda de tensão directa em comparação com a de um silício diodo. No sentido inverso, tanto a tensão de ruptura e a capacitância de um diodo de barreira Schottky comportar-se muito parecidos com os de uma junção passo unilateral. No one-sided junção etapa, o doping nível do semicondutor determina a tensão de ruptura. Por causa do raio finito nas bordas do diodo e por causa da sua sensibilidade à limpeza da superfície, a tensão de ruptura é sempre um pouco menor do que as previsões teóricas. Especificações de Dados A folha de especificação de dados para um DSS 20-0015B diodo de potência Schottky é fornecido como um exemplo noAs Figs. 1,19 e 1,20 . Especificações irá variar dependendo da aplicação e do modelo do díodo de Schottky. Ensaios de diodos Schottky Duas maneiras de testar os diodos usar um voltímetro ou um multímetro digital. O voltímetro deve ser definido para a escala de baixa resistência. Um único diodo ou retificador deve ler uma baixa resistência, normalmente, 2 / 3 escalaa partir da resistência na direcção para a frente. No sentido inverso, a resistência deve ser quase infinito. Não deve ler próximo de 0 Ω nas direções em curto ou abertos. O diodo vai resultar em uma maior Metálico A n + K A SiO 2 K do tipo n p-tipo de substrato (A) (B) FIGURA 1.18 Diagrama (um) e um símbolo (b) do díodo Schottky. © 2002 por CRC Press LLC
  26. 26. Poder Schottky Retificador I FAV = 20 A V RRM = 15 V V F = 0,33 V Dados preliminares TO-220 ACV RSM V RRM Tipo A C V V C 15 15 DSS 20-0015B A C (TAB) A = ânodo, C = Cathode, TAB = Cathode Símbolo Condições Máximo ClassificaçõesCaracterísticas Pacote padrão ¥ Internacional I FRMS 35 A Muito baixo V F I FAVM T C = 135 C; retangular, d = 0,5 20 A Perdas extremamente baixos de comutação Low I RM -Valores I FSM T VJ = 45¡C; t p = 10 ms (50 Hz), seno 350 A Epoxy cumpre UL 94V-0 E AS I AS = tbd A; G = 180 H; T VJ = 25¡C; não repetitiva tbd mJ I AR V A = 1,5 V RRM typ .; f = 10 kHz; repetitivo tbd A Aplicações Retificadores no poder da modalidade do interruptor(Dv / dt) cr tbd V / s suprimentos (SMPS) T VJ -55 ... + 150 C Diodo roda livre em baixa tensão T VJM 150 C conversores T stg -55 ... + 150 C P tot T C= 25 ° C 9 0 W Vantagens M d binário de montagem 0,4 ... 0,6 Nm Operação de circuito de alta confiabilidade Picos de baixa tensão para reduzida Peso típico 2 g circuitos de proteção Baixo nível de ruído de comutação Baixas perdas Símbolo Condições Valores característicos tip. máx. Dimensões ver outlines.pdf I R T VJ = 25¡CV R = V RRM 10 mA T VJ = 100¡CV R = V RRM 200 mA V F I F = 20 A; T VJ = 125¡C 0.33 V I F = 20 A; T VJ = 25¡C 0,45 V I F = 40 A; T VJ = 125 ¡C 0,43 V R thJC 1.4 K / W R thCH 0,5 K / W Teste de pulso:Largura de Pulso = 5 ms, ciclo de trabalho <2,0% Dados de acordo com a IEC 60747 e por diodo salvo indicação em contrário IXYS reserva-se o direito de alterar limites, condições e dimensões. FIGURA 1.19 Folha de especificação de dados para um DSS 20-00105B poder Schottky diode (frente). (Cortesia de IXYS.) © 2002 por CRC Press LLC 100 1000 10000 mA T VJ = 150¡C A pF I R 100 125¡C I F C T 100¡C 10 10 100075¡CT VJ = 150¡C 125¡C 50¡C 25¡C 1
  27. 27. 25¡C T VJ = 25¡C 1 0,1 100 0.0 0,2 0,4 0.6V 0 2 4 6 8 10 12 14 V 0 2 4 6 8 10 12 14 V V F V R V R Figo. 1Tensão máxima para a frente Figo. 2Typ. valor de corrente inversa I I Figo. 3Typ. junção capacitância C T cair características contra reverso tensão V R contra reverso tensão V R 40 14 10000 W A 12 P (AV) A 30 10 I F (AV) d = 0,5 DC I FSM 8 d = 20 DC 1000 0,56 0.33 0,25 4 0,17 10 0,08 2 0 0 100 0 40 80 120 ¡C 160 0 5 10 15 20 25 30 A 10 100 1000 s 10000 T C I F (AV) t P Figo. 4Média em diante eu atual F (AV) Figo. 5Perda de poder para a frente em função da temperatura caso T C características 2 1 D = 0,5 K / W0.33 0,25Z thJC 0,17 0,08 Pulso Único 0,1 DSS 20-0015B 0,01 0,0001 0,001 0,01 0,1 s 1 10 t Figura 1.20 Folha de especificação de dados para um DSS 20-00105B poder Schottky diode (reverso). leitura da escala de resistência como resultado da sua queda de tensão menor. O que está a ser medido é a resistênciaa um baixo ponto atual particular; Não é a resistência efectiva em um circuito rectificador de energia. O multímetro digital geralmente têm um modo de teste de diodo. Quando utilizar este modo, um diodo de silício deve ler-se entre 0,5-0,8 V na frente e aberto no sentido inverso. A germânio díodo será na gama de 0,2 a 0,4 V, no sentido para a frente. Ao utilizar a gama de resistência normal, esses diodos normalmente irá mostrar aberto para qualquer junção de semicondutores desde o voltímetro não se aplicatensão suficiente para atingir o valor da queda para a frente. © 2002 por CRC Press LLC 1.4 Tiristores Sohail Anwar Tiristores são quatro camadas pnpn dispositivos semicondutores de potência. Estes dispositivos alternar entre realizaçãoe não condutor estados em resposta a um sinal de controle. Tiristores são usados ​​em circuitos de temporização, motor ACcontrole de velocidade, dimmers de luz, e circuitos de comutação. Pequenas tiristores também são usados ​​como fontes de pulso paragrandes tiristores. A família thyristor inclui o retificador controlado de silício-(SCR), o DIAC, o Triac, o interruptor controlado por silício (SCS), ea thyristor portão turn-off (GTO). As noções básicas de retificadores Silicon-Controlados (SCR) O SCR é o controlador de energia eléctrica mais utilizada. Um SCR é às vezes chamado de pnpn diodo porque ele conduz corrente elétrica em uma única direção. Figura 1.21a mostra o símbolo SCR. Ela tem três terminais: o ânodo (A), o cátodo (K), e a porta (G). O ânodo e o cátodo são os terminais de alimentação e porta é o terminal de controle. A estrutura de um SCR é mostrado na Figo. 1.21b . Quando o SCR é polarizado diretamente, ou seja, quando o ânodo de um SCR é feita mais positiva com respeito para o cátodo, os dois ultraperiféricas pn -junctions são polarizado diretamente. O meio pn -junction é reversa polarizado e a corrente não pode fluir. Se uma pequena corrente de porta é agora aplicada, voltada para o meio influencia pn -junção e permite que uma corrente muito maior a fluir através do dispositivo. O SCR permanece ON mesmo se o portãoatual é removido. SCR fecho ocorre apenas quando a corrente de ânodo torna-se inferior a um nível chamado Corrente de retenção ( I H ). Características
  28. 28. A característica voltampere de um SCR é mostrado na Fig. 1,22 . Se a polarização direta é aumentada para o tensão breakover frente, V FBO , o SCR é ligado. O valor da tensão máxima de ruptura é controlado pelo actual portão I G . Se o portão catódicos pn -junction é polarizado diretamente, o SCR é ligado a um menor tensão breakover do que com o portão aberto. Como mostrado na Fig. 1,22 , a tensão máxima de ruptura diminui comum aumento da corrente de porta. Em uma corrente de baixa portão, o SCR é ligada a uma tensão ânodo para a frente mais baixa.Em uma corrente de porta superior, o SCR é ligada a um valor ainda mais baixo de tensão do ânodo para a frente. Quando o SCR é reversamente polarizado, há uma pequena corrente de fuga reversa ( I R ). Se a polarização inversa éaumentada até que a tensão atinge a tensão de ruptura reversa ( V ( BR ) R ), a corrente inversa irá aumentar acentuadamente. Se a corrente não está limitada a um valor seguro, o SCR pode ser destruída. (Ânodo) A G (Portão) K (Cátodo) (A) (B) FIGURA 1.21 (A) O símbolo SCR; (B) a estrutura SCR. © 2002 por CRC Press LLC Condução de envio região (no estado) + IA EU > I > IG2 G1 G0 Segurando corrente (I)H EUG2 I G1 EUG0 Vazamento Reversa corrente (I R ) - V AK + VAK Breakover Avançado Tensão (V FBO ) Reversa máxima Bloqueio reverso Atacante bloqueio Tensão (V (BR) R ) região região (fora do Estado) Ruptura reversa - EUA FIGURA 1.22 Características de SCR.
  29. 29. FIGURA 1,23 Um SCR circuito turn-off. SCR Turn-Off Circuits Se um SCR é polarizado diretamente e um sinal de porta é aplicada, o dispositivo é ligado. Uma vez que a corrente de ânodo éacima I H , o portão perde o controle. A única maneira de desligar o SCR é fazer com que o terminal negativo ânodo com respeito ao cátodo ou para diminuir a corrente ânodo abaixo eu H . O processo de desvio é chamado SCR comutação. A Figura 1.23 mostra um circuito de comutação SCR. Este tipo de método é chamado de comutação © 2002 por CRC Press LLC Comutação linha AC. A corrente de carga I L flui durante o meio ciclo positivo da fonte de tensão. O SCR é polarizada inversa, durante o meio ciclo negativo da fonte de tensão. Com uma corrente de porta zero, o SCR se desligará se o tempo de desligamento do SCR é menor do que a duração do meio ciclo. SCR Classificações A folha de dados para um tiristor típico segue esta seção e inclui as seguintes informações: Surge Classificação da corrente ( I FM ) -A onda classificação atual ( I FM ) de um SCR é a corrente de pico ânodo um SCR pode segurar por um curto período. Travamento corrente ( I L ) -A corrente mínima ânodo deve fluir através do SCR, a fim de que ele fique EM inicialmente após o sinal de porta é removido. Esta corrente é chamada de travamento corrente ( I L ). Corrente de retenção ( I H ) -Depois da SCR está presa em um certo valor mínimo de corrente de ânodo é necessária para manter a condução. Se a corrente de ânodo é reduzida abaixo desse valor mínimo, o SCR será desligado. Peak repetitivo tensão inversa ( V RRM ) -A tensão máxima instantânea que uma SCR pode sem suporte, sem discriminação, no sentido inverso. Adiante pico repetitivo de bloqueio de tensão ( V DRM ) -O tensão máxima instantânea que o SCR pode bloquear na direção de avanço. Se o V DRM classificação for excedido, o SCR vai realizar sem uma tensão de porta. Nonrepetitive Pico de tensão inversa ( V RSM ) -A tensão máxima reversa transitória que o SCR pode suportar. Gate máxima Corrente de acionamento ( I GTM ) -O corrente máxima portão DC permitido virar o SCR ON. Portão mínima Voltagem de acionamento ( V GT ) mínimo -A tensão DC porta-cátodo necessário para acionar o SCR. Portão mínima Corrente de acionamento ( I GT ) -O mínimo atual portão DC necessário virar o SCR ON. O DIAC A DIAC é um de três camadas, de baixa tensão, interruptor de semicondutores de baixa corrente. O DIAC símbolo é mostrado naFigo. 1.24a . O DIAC estrutura é mostrada na Fig. 1.24b . O DIAC pode ser comutada do OFF ao ON estado para cada polaridade da tensão aplicada. A característica voltampere de um DIAC é mostrado na Fig. 1,25 . Quando ânodo 1 torna-se mais positivo Ânodo do que 2, uma pequena corrente de fuga flui até que a tensão máxima de ruptura V BO é atingido. Além V BO , o Ânodo 1 Ânodo 1 N1 1P N2 P2 N3 Ânodo 2 Ânodo 2 (A) (B) FIGURA 1.24 (A) O símbolo DIAC; (B) a estrutura DIAC. © 2002 por CRC Press LLC
  30. 30. EU V EUBRBO V EU VBOBR FIGURA 1.25 As características do DIAC. MT1 N NP N G PN N MT MT 21 Portão MT2 (A) (B) FIGURA 1.26 (A) O símbolo Triac; (B) a estrutura Triac. DIAC irá realizar. Quando ânodo 2 é feita em relação mais positiva para ânodo 1, um fenômeno semelhante ocorre. As tensões breakover para o DIAC são quase a mesma em magnitude, em qualquer direcção. DIACs são comumente usados ​​para acionar tiristores maiores, como SCRs e Triacs. O Triac O Triac é um interruptor de três terminais de semicondutores. Ele é acionado em condução, tanto no forward e as direcções inversas de um sinal de porta de uma maneira semelhante à acção de um SCR. O símbolo Triac é mostrado na Fig. 1.26a e o Triac estrutura é mostrada na Fig. 1.26b . A característica voltampere do Triac é mostrado na Fig. 1.27 . A tensão máxima de ruptura do Triac pode ser controlada pela aplicação de um sinal positivo ou negativo para o portão. Assim que a magnitude o sinal de porta aumenta, a tensão máxima de ruptura diminui. Uma vez que o Triac é no estado ON, o portão sinal pode ser removido e o Triac permanecerá ligada até a principal corrente cai abaixo de exploração atual ( I H valor). O interruptor comandado pelo Silicon A SCS é uma de quatro camadas pnpn dispositivo. O símbolo SCS é mostrado na Fig. 1.28a ea estrutura SCS é mostrado na Fig. 1.28b . O SCS tem dois portões rotulados como o portão ânodo (AG) eo portão cátodo (KG). Um SCS pode ser ligada através da aplicação de um impulso de porta negativa na porta ânodo. Quando o SCS está no estado ON, ele pode ser desligado através da aplicação de um pulso positivo no portão ânodo ou um pulso negativo no portão cátodo. © 2002 por CRC Press LLC EU
  31. 31. Terminal Principal(Positivo) V EUBR H V EU VH BR Principal Terminal 2 (Negativo) FIGURA 1.27 As características Triac. A Ânodo (A) AG Ânodo Portão (AG) Cathode Portão KG (KG) K Cátodo (K) (A) (B) FIGURA 1.28 (A) O símbolo SCS; (B) a estrutura SCS. Anódio A G Portão K Cátodo (A) (B) FIGURA 1.29 (A) O símbolo GTO; (B) a estrutura GTO. O Gate Turn-Off Thyristor O GTO é um interruptor de semicondutores que liga por um sinal de porta positiva. Ele pode ser desligado por um sinal de porta negativo. O símbolo GTO é mostrado na Fig. 1.29a e a estrutura é mostrada na GTO Figo. 1.29b . A tensão GTO e classificações atuais são inferiores aos dos SCRs. O GTO tempo de desligamento é menor do que a do SCR. O turn-no tempo é o mesmo que o de um SCR. Ficha de Dados para um Thyristor típica Figuras 1.30 a 1.35 são as folhas de dados para um tiristor típico. © 2002 por CRC Press LLC
  32. 32. FIGURA 1.30 Página 1 de uma folha de dados para um tiristor típico. (De Philips Semiconductors. Com a permissão.) © 2002 por CRC Press LLC
  33. 33. FIGURA 1.31 Página 2 de uma folha de dados para um tiristor típico. (De Philips Semiconductors. Com a permissão.) © 2002 por CRC Press LLC FIGURA 1.32 Page 3 de uma folha de dados para um tiristor típico. (De Philips Semiconductors. Com a permissão.)
  34. 34. © 2002 por CRC Press LLC FIGURA 1.33 Page 4 de uma folha de dados para um tiristor típico. (De Philips Semiconductors. Com a permissão.) © 2002 por CRC Press LLC
  35. 35. FIGURA 1.34 Página 5 de uma folha de dados para um tiristor típico. (De Philips Semiconductors. Com a permissão.) © 2002 por CRC Press LLC
  36. 36. FIGURA 1.35 Page 6 de uma folha de dados para um tiristor típico. (De Philips Semiconductors. Com a permissão.) 1,5 Poder Transístores bipolares de junção Sohail Anwar Transistores de junção bipolar Energia (BJTs) desempenham um papel vital em circuitos de alimentação. Como a maioria dos outros dispositivos de energia,transistores de potência geralmente são construídos usando silício. O uso de silício permite a operação de um BJT emmaior correntes e temperaturas de junção, o que leva ao uso de transistores de potência em aplicações AC onde gamas de até várias centenas de quilowatts são essenciais. O transistor de potência faz parte de uma família de dispositivos de três camadas. As três camadas ou terminais de um transistorsão a base, colector e emissor. Efectivamente, o transistor é equivalente a ter dois pn -diode junções empilhados em direcções opostas umas às outras. Os dois tipos de um transistor são denominados npn e PNP . O npn de transistor do tipo tem uma classificação superior à corrente-tensão do que o PNP e é preferido para a maioriaaplicações de conversão de energia. A maneira mais fácil de distinguir um npn transistor do tipo de um PNP é do tipo em virtude de o símbolo esquemático ou circuito. O PNP tipo tem uma ponta de flecha no emissor que aponta para a base. A Figura 1.36 apresenta a estrutura e o símbolo de um pnp transistor do tipo. O npn -tipo transistor tem uma ponta de seta apontando para fora a partir da base. A Figura 1.37 apresenta a estrutura e o símbolode um npn de transistor do tipo. Quando utilizada como um interruptor, o transistor controla a alimentação da fonte para a carga através do fornecimento suficientecorrente de base. Esta pequena corrente a partir do circuito de condução através da junção base-emissor, o qual deve ser mantido,se transforma no caminho coletor-emissor. Removendo a corrente do circuito base-emissor e a base fazendo tensão voltas ligeiramente negativos desligar o interruptor. Mesmo que o caminho de base-emissor só pode utilizar uma pequenaquantidade de, o caminho de corrente colector-emissor é capaz de transportar uma corrente muito mais elevada. © 2002 por CRC Press LLC I C Coletor C C P + B N B V CE Base P -I B l E E Emitter E (A) (B) FIGURA 1.36 pnp estrutura transistor (a) e símbolo do circuito (b). Coletor Base Emitter
  37. 37. (A) (B) FIGURA 1.37 npn estrutura transistor (a) e símbolo do circuito (b). As características Volt-Ampere de um BJT As características voltampere de um BJT são mostrados na Fig. 1.38 . Transistores de potência tem excepcional características como um interruptor ideal e eles são usados ​​principalmente como interruptores. Neste tipo de aplicação, elesfazer uso da ligação de emissor comum, mostrada na Fig. 1,39 . As três regiões de operação para um transistor que devem ser tidas em consideração são o corte, a saturação, e a região activa. Quando o corrente de base ( I B ) é igual a zero, a corrente de colector ( I C ) é insignificante e o transistor é conduzido para o ponto de corteregião. O transistor é agora no estado OFF. O coletor-base e base-emissor junções são reversa tendenciosa na região de corte ou estado OFF, e o transistor se comporta como um interruptor aberto. A corrente de base( I B ) determina a corrente de saturação. Isto ocorre quando a corrente de base é suficiente para conduzir a transistor em saturação. Durante a saturação, tanto junções são polarizado diretamente e o transistor atua como uma chave fechada. A tensão de saturação aumenta com um aumento na corrente e é normalmente entre 0,5 a 2,5 V. A região activa do transistor é utilizado principalmente para aplicações de amplificação e deve ser evitada para operação de comutação. Na região ativa, a junção coletor-base é revertida tendenciosa e a junção base-emissor é polarizado diretamente. © 2002 por CRC Press LLC Ic Tensão de saturação Vce (sat) AtivoSaturação Região(ON) VceCutoff (OFF) Fuga atual FIGURA 1.38 BJT VI característica. FIGURA 1.39 Polarização de um transistor. BJT Polarização Quando é utilizado um transistor como um interruptor, o circuito de controlo fornece a corrente de base necessária. O actualda base determina o estado do interruptor transistor ON ou OFF. O colector e o emissor do transistor formar os terminais de alimentação do interruptor. A linha de carga de DC representa todos os possíveis pontos de operação de um transistor e é mostrado na Fig. 1.40 .O ponto de funcionamento é que a linha de carga e a corrente de base se cruzam e é determinada pelos valores de V CC e R C . No estado ON, o ponto de funcionamento ideal ocorre quando a corrente de colector I C é igual a V CC / R C e V CE é zero. O ponto de operação real ocorre quando a linha de carga cruza a corrente de base na saturação ponto. Isto ocorre quando a corrente de base é igual à corrente de saturação ou I B = I B (sat) . Neste ponto, o corrente de coletor é máxima eo transistor tem uma pequena queda de tensão através do coletor-emissor terminais chamado a tensão de saturação V CE (sat) . No estado OFF, ou ponto de corte, o ponto de funcionamento ideal ocorre quando o coletor de corrente I C é zero e a voltagem de colector-emissor V CE é igual à tensão de alimentação V CC . O ponto de operação real, em o estado OFF, ocorre quando a linha de carga cruza a corrente de base ( I B = 0). No ponto de corte, o coletor de corrente é a corrente de fuga. Através da aplicação de lei tensão Kirchoff 's em torno do circuito de saída,
  38. 38. otensão coletor-emissor ( V CE ) pode ser encontrado. Os pontos de operação entre a saturação e corte constituem a região ativa. Quando estiver operando na região ativa, a dissipação de energia de alta ocorre devido aos relativamente altos valores de corrente de coletor © 2002 por CRC Press LLC Saturação (ON) FIGURA 1.40 Linha de carga DC. I C e coletor-emissor de tensão V CE . Para um funcionamento satisfatório, um pouco maior do que a base mínima atual irá garantir uma saturada ON estado e irá resultar em redução da virada no tempo e dissipação de energia. Perdas de Energia BJT Os quatro tipos de perdas de potência transistor são as perdas do estado e OFF-estatais e transformá-ON e transformá-OFFcomutação perda. OFF-estado perdas transistor são muito mais baixos do que perdas do estado desde a corrente de fugado dispositivo é dentro de poucos mA. Essencialmente, quando um transístor está no estado de desligado, qualquer que seja ovalor da tensão coletor-emissor, não há corrente de coletor. Perdas de comutação dependem de comutação freqüência. A maior frequência de comutação possível do transistor é limitado pelas perdas resultantes da taxa de comutação. Em outras palavras, quanto maior a frequência de comutação, mais a perda de potência no transistor. Testing BJT O teste do estado de um transistor pode ser feito com um multímetro. Quando um transistor é polarizado diretamente,a regiões base-emissor base-coletor e deve ter uma baixa resistência. Ao inverter-tendenciosa, a base- regiões colector e base-emissor deve ter uma alta resistência. Ao testar a resistência entre o colector e o emissor, a leitura da resistência deve resultar numa muito mais elevada do que polarização directa base-coletor e resistência base-emissor. No entanto, transistores de potência falhas podem aparecer em curto quandomedir a resistência em todo o coletor e emissor, mas ainda passar os dois testes de junção. Proteção BJT Transistores deve ser protegido contra as altas correntes e tensões para evitar danos no dispositivo. Uma vez que elessão capazes de absorver muito pouca energia antes de avaria, fusíveis semicondutores não pode protegê-los. Térmicocondições são de vital importância e pode ocorrer durante a comutação de alta frequência. Alguns dos mais tipos comuns de protecção BJT são proteção de sobrecorrente e sobretensão. Proteção eletrônica técnicas também são freqüentemente utilizados para proporcionar a proteção necessária para transistores. Proteção de sobrecorrente desliga a quando a tensão coletor-emissor e coletor do transistor atual chegar a um valor pré-definido. Quando o transistor está no estado ON, um aumento no colector-emissor tensão provoca um aumento da corrente de colector e, por conseguinte, um aumento da temperatura da junção. Uma vez que o BJT tem um coeficiente de temperatura negativo, o aumento de temperatura provoca um decréscimo naresistência e resulta em uma corrente de colector ainda maior. Esta condição, chamada de feedback positivo, poderiaeventualmente, levar à fuga térmica e destruir o transistor. Um desses métodos de proteção de sobrecorrente limita a corrente de base durante uma falha externa. Com a corrente de base limitada, a corrente do dispositivo será limitadas no ponto de saturação, no que diz respeito à corrente de base, e o dispositivo irá ter algum valor de a tensão. Esta característica torna o transistor de fora, sem ser danificado e é usado para fornecer © 2002 por CRC Press LLC
  39. 39. Jul 2000 LM195 / LM395 Ultra Transistores energia confiável dade, é necessário inserir uma resistência em série com 5.0kDescrição Geral a liderança de base para evitar possíveis seguidor de emissor oscilação O LM195 / LM395 são rápidos poder monolítico cir-, integrado ções. Embora o dispositivo é geralmente estável como um emissor se- cuitos com proteção completa de sobrecarga. Estes dispositivos,inferior, o resistor elimina a possibilidade de problemas sem que atuam transistores de potência como de alto ganho, ter incluído nodesempenho degradante. Finalmente, uma vez que tem uma boa alta fre- o chip, limitação de corrente, uma limitação da potência, e excesso térmicoresposta qüência, recomenda bypassing abastecimento. a proteção da carga tornando-os praticamente impossível destruir Para aplicações de baixa potência (com menos de 100 mA), referem-se aoa partir de qualquer tipo de sobrecarga. No transistor padrão TO-3 LP395 Ultra Reliable transistor de potência. pacote de energia, o LM195 vai entregar correntes de carga em ex- cesso de 1.0A e pode alternar 40V de 500 ns. O LM195 / LM395 estão disponíveis no padrão A-3, Kovar TO-5, e TO-220 pacotes. O LM195 está classificado para operaçãoA inclusão de limitação térmico, uma característica não disponível facilmente ção de 55 C a 150 C e o LM395 de 0 C a capaz em projetos discretos, fornece proteção praticamente absoluta 125 C.ção contra sobrecarga. Dissipação de energia excessiva ou inade- equiparar dissipação de calor faz com que o circuito de limitação térmica para desligar o dispositivo que impeça o aquecimento excessivo. Características O LM195 oferece um aumento significativo em termos de fiabilidade, bemn limitante interna térmica como simplificar os circuitos de energia. Em algumas aplicações, onden Maior do que a corrente de saída 1.0A proteção é extraordinariamente difícil, como reguladores de comutação,n 3.0 A corrente de base típico lâmpada ou solenóide motoristas onde a dissipação de energia normal én 500 ns tempo de comutação baixo, o LM195 é especialmente vantajoso. saturação 2.0V n O LM195 é fácil de usar e apenas algumas precauções devem n Base de Dados pode ser conduzido até 40V sem danos ser observados. Coletor excessiva à tensão do emissor pode de-n Diretamente interface com CMOS ou TTL STROY o LM195 como com qualquer transistor de potência. Quando o de- n 100% elétrico burn-in vice-é usado como um seguidor de emissor com baixa impedância fonte Circuito simplificado 1.0 Amp lâmpada pisca-pisca DS006009-16 DS006009-1 FIGURA 1.41 Folha típica de dados para um transistor de potência (página 1). (Da National Semiconductor. Com a permissão.) © 2002 por CRC Press LLC
  40. 40. Esquemas de Ligação TO-3 do metal pode empacotar TO-220 embalagem plástica DS006009-3 Case é Emitter DS006009-2 Top View Vista inferior Número de Pedido LM395T Número de Pedido LM195K / 883 Veja NS Package Número T03B Veja NS Package Número K02A (Nota 5) TO-5 do metal pode empacotar DS006009-4 Vista inferior Número de Pedido LM195H / 883 Veja NS Package Número H03B (Nota 5) FIGURA 1,42 Folha típica de dados para um transistor de potência (página 2). (Da National Semiconductor. Com a permissão.) © 2002 por CRC Press LLC As classificações máximas absolutas (Nota 1)Base de dados de Voltagem do emissor (Reverse) 20V Se forem necessários dispositivos especificados militar / aeroespacial,Corrente do coletor Internamente Limitada entre em contato com o escritório National Semiconductor Vendas /Dissipação de energia Internamente Limitada Distribuidores de disponibilidade e especificações. Faixa de temperatura operacional Collector a Voltagem do emissor LM195 55 C a 150 C LM195 42V LM395 0 ° C a 125 C LM395 36V Faixa de temperatura de armazenamento 65 C a 150 C Coletor de Base Voltage Temperatura Chumbo LM195 42V (Solda, 10 seg.) 260 C LM395 36V Base de dados de Voltagem do emissor (Forward) LM195 42V LM395 36V Pré-condicionamento 100% burn-in Em Limite térmica Características elétricas (Nota 2) Parâmetro Condições LM195 LM395 Unidades Min Typ Max Min Typ Max Collector-Emitter Tensão operacional I Q ≤ I C ≤ I MAX 42 36 V (Nota 4) Base de dados para o emissor Tensão de ruptura0 ≤ V CE ≤ V Cemax 42 36 60 V Corrente do coletor TO-3, TO-220 V CE ≤ 15V 1.2 2.2 1.0 2.2 A TO-5 V CE ≤ 7.0V 1.2 1,8 1.0 1,8 A Tensão de saturação I C ≤ 1.0A, T Um = 25 C 1,8 2.0 1,8 2.2 V
  41. 41. Base de dados de corrente 0 ≤ I C ≤ I MAX 3.0 5 3.0 10 A 0 ≤ V CE ≤ V Cemax Quiescent Corrente (I Q ) V ser = 0 2.0 5 2.0 10 mA 0 ≤ V CE ≤ V Cemax Base de dados de Voltagem do emissor I C, = 1.0A, T A = 25 C 0,9 0,9 V Tempo de comutação V CE = 36V, R G = 36 Ω , 500 500 ns T A = C 25 Resistência Térmica Junction a TO-3 Package (K) 2.3 3.0 2.3 3.0 C / W Case (Nota 3) TO-5 Package (H) 12 15 12 15 C / W TO-220 Package (T) 4 6 C / W Nota 1: »absolutos classificações máximas ... indicam limites além dos quais danos no dispositivo podem ocorrer. Classificações de operação indicar condições para as quais o dispositivo é funcional, mas não garantem a limites de desempenho específicos. Nota 2: Salvo disposição em contrário, estas especificações são aplicáveis ​​para55 C ≤ T j ≤ 150 C para o LM195 e 0 C ≤ 125 C durante a LM395. Nota 3: Sem um dissipador de calor, a resistência térmica do pacote de TO-5 é de cerca de 150 C / W, ao passo que o pacote de TO-3 é 35 C / W. Nota 4: Selecionado dispositivos com maior degenerescência disponível. Nota 5: Consulte RETS195H e RETS195K desenhos de LM195H militar e versões LM195K para especificações. FIGURA 1.43 Folha típica de dados para um transistor de potência (página 3). (Da National Semiconductor. Com a permissão.) © 2002 por CRC Press LLC Características de desempenho típica (para K e T Pacotes) Características Colecionador Curto-circuito corrente Corrente de polarização DS006009-33 DS006009-34 DS006009-35 Corrente quieta Base de Voltagem do emissor Base de dados de corrente DS006009-36 DS006009-37 DS006009-38 Tensão de saturação Tempo de Resposta Tempo de Resposta DS006009-39 DS006009-40 DS006009-41 FIGURA 1.44 Folha típica de dados para um transistor de potência (página 4). (Da National Semiconductor. Com a permissão.)
  42. 42. © 2002 por CRC Press LLC Características de desempenho típica (para K e T Pacotes) (continua) 10V Função de Transferência 36V Função de Transferência DS006009-7 DS006009-8 Transcondutância Pequeno Frequency Signal Resposta DS006009-9 DS006009-10 FIGURA 1.45 Folha típica de dados para um transistor de potência (página 5). (Da National Semiconductor. Com a permissão.) © 2002 por CRC Press LLC
  43. 43. Diagrama esquemático FIGURA 1.46 Folha típica de dados para um transistor de potência (página 6). (Da National Semiconductor. Com a permissão.) © 2002 por CRC Press LLC Aplicações típicas 1.0 Amp Voltage Follower
  44. 44. DS006009-12 * tântalo Sólidos Poder PNP Time Delay DS006009-13 * Protege contra a unidade de base excessivo ** Necessário para a estabilidade DS006009-14 1.0 MHz oscilador DS006009-15 FIGURA 1.47 Folha típica de dados para um transistor de potência (página 7). (Da National Semiconductor. Com a permissão.) © 2002 por CRC Press LLC Aplicações típicas (Continuação) 1.0 Amp regulador negativo DS006009-17
  45. 45. † tântalo Sólidos Regulador 1.0 Amp tensão positiva DS006009-18 † tântalo Sólidos FIGURA 1.48 Folha típica de dados para um transistor de potência (página 8). (Da National Semiconductor. Com a permissão.) © 2002 por CRC Press LLC Aplicações típicas (Continuação) Rápido opticamente isolada Mudar Opticamente isolada transistor de potência DS006009-19 DS006009-20 CMOS ou TTL Lamp interface Dois Terminal limitador de corrente 40V Interruptor DS006009-22 DS006009-23 DS006009-21 * Unidade de tensão 0V a ≥ 10V ≤ 42V 6.0V Shunt Regulador com Crowbar Dois Terminal 100 mA reguladores de corrente
  46. 46. DS006009-25 DS006009-24 FIGURA 1.49 Folha típica de dados para um transistor de potência (página 9). (Da National Semiconductor. Com a permissão.) © 2002 por CRC Press LLC Aplicações típicas (Continuação) Low Level Power Switch Power One-Shot DS006009-26 Ligue = 350 mV Desligue = 200 mV DS006009-27 T = R1C R2 = 3R1 R2 ≤ 82k Seguidor de Emissor Alta impedância de AC Seguidor de Emissor DS006009-28 * necessidade de estabilidade DS006009-29 Seguidor rápido DS006009-30 * Previne armazenamento com unidade onda quadrada tempo de queda rápida FIGURA 1.50 Folha típica de dados para um transistor de potência (página 10). (Da National Semiconductor. Com a permissão.) © 2002 por CRC Press LLC
  47. 47. Aplicações típicas (Continuação) Potência Op Amp DS006009-31 * Ajuste de 50 mA de corrente de repouso † tântalo Sólidos 6.0 Amp Output Variable Regulator Switching DS006009-32 * Sessenta vira ferida em Arnold Tipo A-083081-2 núcleo. ** Quatro dispositivos em paralelo † tântalo Sólidos FIGURA 1.51 Folha típica de dados para um transistor de potência (página 11). (Da National Semiconductor. Com a permissão.) © 2002 por CRC Press LLC
  48. 48. Dimensões físicas polegadas (milímetros), salvo indicação em contrário TO-5 do metal pode empacotar Número de Pedido LM195H / 883 NS Package Número H03B TO-3 do metal pode empacotar Número de Pedido LM195K / 883 NS Package Número K02A FIGURA 1.52 Folha típica de dados para um transistor de potência (página 12). (Da National Semiconductor. Com a permissão.) © 2002 por CRC Press LLC Dimensões físicas polegadas (milímetros), salvo indicação em contrário (Continuação)
  49. 49. TO-220 embalagem plástica Número de Pedido LM395T NS Package Número T03B VIDA POLÍTICA DE APOIO PRODUTOS nacional não são autorizados para usar componentes AS CRÍTICAS EM APOIO A VIDA Dispositivos ou sistemas sem a aprovação expressa e por escrito do Presidente e GERAL CONSELHO NACIONAL Semiconductor Corporation. Tal como aqui utilizado: 1. Os dispositivos de suporte de vida ou sistemas são dispositivos ou2. Um componente crítico é qualquer componente de uma vida sistemas que, (a) são destinados ao implante cirúrgico dispositivo de suporte ou sistema cuja falha na execução para dentro do corpo, ou(B) apoiar ou sustentar a vida, e pode ser razoavelmente esperado para causar o fracasso de cuja falha na execução, quando devidamente utilizado em o dispositivo de suporte de vida ou de sistema, ou de afectar a sua acordo com as instruções de utilização fornecidas na ou eficácia. rotulagem, pode ser razoavelmente esperado para resultar em uma prejuízo significativo para o utilizador. National Semiconductor National Semiconductor National Semiconductor National Semiconductor Corporação Europa Asia Pacific Cliente Japan Ltd. Americas Fax: +49 (0) 180-530 85 86 Grupo de Resposta Tel: 81-3-5639-7560 Tel: 1-800-272-9959 Email: europe.support@nsc.com Tel: 65-2544466 Fax: 81-3-5639-7507 Fax: 1-800-737-7018 Deutsch Tel: +49 (0) 69 9508 6208 segurançaFax: 65-2504466 Email: support@nsc.com Inglês Tel: +44 (0) 870 24 0 2171 Email: ap.support@nsc.com www.national.com FranÕais Tel: +33 (0) 1 41 91 8790 O Nacional não assume qualquer responsabilidade pela utilização de qualquer circuito descrito, não há licenças de patentes circuito estão implícitas e Nacional se reserva o direito de a qualquer momento sem aviso prévio para mudar disse circuitos e especificações. FIGURA 1.53 Folha típica de dados para um transistor de potência (página 13). (Da National Semiconductor. Com a permissão.) proteção em conversores de baixo consumo de energia, limitando a corrente durante uma falha externa. Outros métodos deproteção de sobrecorrente para faltas mais graves usar um interruptor de curto-circuito, ou interruptor de shunt, em paralelo com atransistor. Quando é detectada uma falha, um circuito externo ativa o interruptor de curto-circuito em paralelo, proporcionandoum caminho alternativo para a corrente de falta. Proteção contra sobretensão é usado para proteger um transistor de alta tensão. Quando um transistor está na Estado OFF, tensões de colector-base da polarização inversa pode causar colapso avalanche. Break-Avalanche para baixo ocorre quando a tensão inversa ultrapassa o limite de tensão inversa da região do colector-base. Alto coletor-base tensões da polarização inversa pode facilmente danificar o transistor. Um método simples para assegurarproteção de sobrecorrente de um transistor é conectar um diodo antiparallel através do transistor. A maioria dos transistores de potência são incapazes de bloquear tensões reversas superiores a 20 tensões V. reverso podefacilmente danificar o transistor e, portanto, eles não devem ser utilizados em aplicações de controlo de corrente alternada, semuma manobra inversa díodo ligado entre o emissor e do colector. A ficha de dados típico para um transistor de potência é fornecida em Figs. 1,41 por 1,53 . © 2002 por CRC Press LLC 1.6 MOSFETs Vrej Barkhordarian O transistor de metal-óxido-semicondutor de efeito de campo (MOSFET) é o mais vulgarmente utilizado activa dispositivo no integrados (VLSI) circuitos muito grande escala. A Figura 1.54 mostra o esquema do dispositivo, corrente-características de tensão, características de transferência e símbolo do dispositivo para um MOSFET. É um dispositivo lateral eembora muito adequado para a integração em circuitos integrados, tem sérias limitações em níveis de energia elevados.O design de alimentação MOSFET baseia-se no transistor de efeito de campo original e, desde a sua invenção na início dos anos 1970, passou por várias etapas evolutivas. O processamento de MOSFETs de potência é muito semelhante ao de circuitos VLSI de hoje, embora a geometria do dispositivo é significativamente diferente do Fonte CampoPortãoPortão Escorra contato óxido óxido contato metalização n + dreno n + Fonte t boi p-Substrato Canal da Mancha eu (A) l D l D V GS > V τ
  50. 50. V GS = V τ00 V DS 00 V GSV τ (B) (C) l D D SB (Canal ou G substrato) S (D) FIGURA 1.54 (A) Diagrama esquemático, (b) as características corrente-voltagem, (c) características de transferência, e (d) dispositivosímbolo para um n -canal modo de melhoramento MOSFET. © 2002 por CRC Press LLC desenho utilizado nestes circuitos. MOSFETs de potência são comumente usados ​​como alterna no poder eletrônico aplicações. A invenção do MOSFET poder foi conduzida em parte pelas limitações dos transistores de potência bipolares que, até recentemente, eram os dispositivos de escolha em aplicações de eletrônica de potência. Embora não seja absolutamente possível definir os limites operacionais de um dispositivo de alimentação, que irá livremente referem- se adispositivo de alimentação como qualquer dispositivo que seja capaz de comutar, pelo menos 1A. O transistor bipolar é uma potênciadispositivo de corrente controlada e uma grande corrente de accionamento de base tão elevada quanto um quinto da corrente de colector estánecessária para manter o dispositivo no estado ligado. Além disso, as correntes mais elevados de unidade de base reversa são necessários para obterrápido turn-off. Apesar do estado muito avançado de fabricação e reduzir os custos de poder bipolar transistores, essas limitações têm feito o desenho do circuito unidade de base mais complicado e, portanto, mais caro. Existem mais dois limitações ao poder transistor bipolar. Em primeiro lugar, ambos os electrões e furos de contribuir para a condução em BJTs. Presença de furos com o seu tempo de vida superior faz com que o transportadorvelocidade de comutação para ser várias ordens de magnitude mais lenta do que para um MOSFET de tamanho semelhante etensão nominal. Em segundo lugar, os BJTs sofrem de fuga térmica. A queda de tensão directa de um BJT diminui com o aumento da temperatura fazendo com que o desvio de corrente para um único dispositivo quando vários dispositivossão paralelo. MOSFETs de potência, por outro lado, são dispositivos portador majoritário com nenhuma transportadora minoriainjecção. Eles são superiores aos BJTs em aplicações de alta freqüência de comutação, onde as perdas de energia sãoimportante e pode resistir a aplicação simultânea de alta tensão e corrente sem sofrer falha destrutiva devido à segunda avaria. MOSFETs de energia também pode ser comparado facilmente uma vez que oforward queda de tensão aumenta com o aumento de temperatura, garantindo uma distribuição uniforme da corrente entre todos os componentes. No entanto, a alta desagregação tensões ( > ~ 200V) a queda na tensão de estado do MOSFET de potência torna-se maior do que a de um dispositivo bipolar de tamanho similar com uma classificação semelhante tensão,tornando-o mais atractivo para usar o transistor de potência bipolar à custa de pior alta-frequência performance. Figura 1.55 mostra as actuais limitações de corrente-tensão de MOSFETs de potência e BJTs. Novos materiais, estruturas e técnicas de processamento são esperados para empurrar para fora destes limites ao longo do tempo. Arelativamente novo dispositivo que combina as vantagens do MOSFET de alta frequência com o baixo on- queda de tensão estado de alta tensão BJTs é o transistor-isolados-gate bipolar (IGBT). 2000 1500 Bipolar transistores 1000 MOS 500 0 1 10 100 1000 Corrente máxima (A)
  51. 51. FIGURA 1.55 Limitações de corrente e tensão de MOSFETs e BJTs. © 2002 por CRC Press LLC Fonte Portão Polysilicon óxido portão Fonte metalização p + região do corpo p + DCanais p n + n + Deriva Região - epilayern G p + substrato S (100) Escorra metalização Escorra FIGURA 1.56 Diagrama esquemático para um n -canal MOSFET poder e o símbolo do dispositivo. Metal C gsm LTO C GS2 C GD n - C GS1 n - Ch R JFET p - R B BJT C DS R EPI n - epilayer n - substrato FIGURA 1.57 A origem dos componentes parasitas para um MOSFET de potência. MOSFETs utilizados em circuitos integrados são dispositivos laterais de porta, fonte e dreno sobre toda a parte superior dee o dispositivo com o fluxo de corrente ter lugar num trilho paralelo à superfície. Embora este projeto empresta próprio para integração, não é adequado para aplicações de dispositivos discretos de energia, devido a grandes distâncias requeridasentre a fonte e dreno, a fim de manter o isolamento. Tendo todos os três terminais como a superfície superior faz a metalização e isolamento dos terminais mais complicadas do ponto de vista do processamento. O MOSFET duplo difusa verticais resolve este problema, utilizando o substrato do dispositivo, como o drenar terminal. Figura 1.56 mostra o diagrama esquemático e o símbolo de circuito para um n poder -canal MOSFET. Quando um desvio positivo maior que o limiar de tensão é aplicada à porta, o silício superfície na região do canal é invertido e uma corrente passa a fluir entre a fonte e dreno. Para tensões de porta de menos do que V + inversão da superfície não ocorre no canal e o dispositivo permanece no off estado. A corrente neste dispositivo flui horizontalmente ao longo do canal invertido em primeiro lugar e, em seguida, verticalmenteentre o dreno e fonte. O termo "duplo-difundidos" refere-se a dois implantação iónica consecutivo etapas usando o poli como uma máscara. Para um n dispositivo -canal, as regiões formadas por casal e implante difusão subseqüente são os primeiros p -tipo para definir o canal e, em seguida, n -tipo para definir a fonte. O p - corpo do implante é realizada num passo separado. Os termos "deriva corpo" e "corpo-drain" diodos são usados alternadamente para denotar o p - n junção formada por este p implante -Body e região de flutuação. Figura 1.57 mostra a origem física dos componentes parasitas em um n -canal poder MOSFET. A JFET parasitária aparecer entre os dois implantes corporais restringe o fluxo de corrente quando o esgotamento © 2002 por CRC Press LLC

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