Semicondutores Aplicados a Conversores (MOSFET e IGBT)

Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Santa Catarina Departamento Acadêmico de Eletrônica

Eletrônica de Potência

Florianópolis, abril de 2012.

Prof. Clóvis Antônio Petry.

Capítulo 3: Transistores de potência 1.  Semicondutores aplicados a conversores CA-CA.

http://www.dsce.fee.unicamp.br/~antenor/

Bibliografia para esta aula

www.florianopolis.ifsc.edu.br/petry

Nesta aula

Semicondutores aplicados a conversores CA-CA: 1.  Introdução; 2.  Revisão dos principais componentes semicondutores de

potência; 3.  MOSFET de potência; 4.  IGBT; 5.  Comparativo BJT x MOSFET x IGBT.

Quadrantes de condução de semicondutores

http://www.dee.feis.unesp.br/gradua/elepot/principal.html

Semicondutores para eletrônica de potência

Semicondutores utilizados em eletrônica de potência:

Semicondutores para eletrônica de potência

Semicondutores para eletrônica de potência

Revisão - Diodos

Revisão - Diodos

Revisão - Tiristores

Revisão - Tiristores

Revisão - BJT

BJT – Transistor bipolar de junção

http://www.univ-lemans.fr/enseignements/physique/02/electro/mnueltro.html

Revisão - BJT

BR

+

-

D

D

i

+VCC

L

Li

VBE+

-

IB1

IB2VB2

+

-

VB

E

C

LR

BR

BI

CE

+VCC

CI

Comutação do BJT com carga resistiva

Comutação do BJT com carga indutiva

Revisão - BJT

Comutação do BJT com carga resistiva

Revisão - BJT

Comutação do BJT com carga indutiva

Bloqueio

Ent

rada

em

con

duçã

o Revisão - BJT

BJT x FET

FET – Transistor de efeito de campo

FET

JFET: Operação básica.

http://jas.eng.buffalo.edu/

FET

JFET canal n e canal p

S2

R7

R8

Q2

R9

R10

Q1

3524

Positivo da Fonte Auxiliar

+ Vaux

11

12

Aplicação do JFET

FET

MOSFET

MOSFET tipo Depleção

MOSFET – Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor

MOSFET: Operação básica.

MOSFET tipo Depleção

http://jas.eng.buffalo.edu/

MOSFET

MOSFET: Operação básica.

MOSFET tipo Depleção

MOSFET

MOSFET tipo Depleção

MOSFET

MOSFET tipo Intensificação

Canal n

MOSFET

MOSFET de potência

ID

iDDSV+

-G

S

GSV

D

+

-

90%V

50%

10%

50%

GS

T1

90%

10%90%

10%

(V )DD

VDS

ID

t r

t on

tD(on) t D(off) t f

(V )DD

LR

V

DD

S50

G

VD

V

Comutação do MOSFET com carga resistiva

MOSFET de potência

50S

G

DD

R

V

DI RL

D

Comutação do MOSFET com carga indutiva

MOSFET de potência

Classificação das perdas: 1.  Condução;

2.  Comutação: •  Entrada em condução e bloqueio;

•  Onde:

2( ) ( )

oncond ds on d on

tP r iT

= ⋅ ⋅

( ) ( ) ( )2com r f d on ds offfP t t i v= + ⋅ ⋅

f on

r off

t tt t

≅

≅

MOSFET de potência

Dados de catalogo:

MOSFET de potência

Quando usar MOSFET: 1.  Freqüências altas (acima de 50 kHz); 2.  Tensões muito baixas (< 500 V); 3.  Potências baixas (< 1 kW).

MOSFET de potência

IGBT

Características de BJT e MOSFET

IGBT – Insulated Gate Bipolar Transistor

Classificação das perdas: 1.  Condução;

2.  Comutação: •  Entrada em condução e bloqueio;

( )cond C CEsat B BEsat onP i V i V t f= ⋅ + ⋅ ⋅ ⋅

( )12com r fP t t I E f= + ⋅ ⋅ ⋅

Detalhamento do cálculo de perdas

0

IGBT

Quando usar IGBT: 1.  Freqüências baixas (menor que 50 kHz); 2.  Tensões altas (> 500 V); 3.  Potências altas (> 1 kW).

IGBT

Quando usar IGBT: 1.  Freqüências baixas (menor que 50 kHz); 2.  Tensões altas (> 500 V); 3.  Potências altas (> 1 kW).

www.irf.com

IGBT

Encapsulamentos:

www.semikron.com.br

IGBT

Encapsulamentos:

www.irf.com

IGBT

Dados de catalogo:

IGBT

BJT x MOSFET x IGBT

MOSFET IGBT BJT Tipo de comando Tensão Tensão Corrente

Potência do comando Mínima Mínima Grande

Complexidade do comando Simples Simples Média

Densidade de corrente

Elevada em baixas tensões e Baixa em altas

tensões

Muito elevada Média

Perdas de comutação Muito baixa Baixa para Média Média para Alta

Introdução ao Arduino.

www.florianopolis.ifsc.edu.br/petry

Próxima aula