Disciplina de Eletrônica de Potência Disciplina de Eletrônica de

UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ
DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETROTÉCNICA
CURSO DE ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA
Disciplina de Eletrônica de Potência – ET66B
Aula 3
Prof. Amauri Assef
[email protected]
UTFPR – Campus Curitiba
Prof. Amauri Assef
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Eletrônica de Potência – DIODO DE POTÊNCIA
Principais características
É um dispositivo não-controlado (comuta espontaneamente)
Conduz quando diretamente polarizado e bloqueia quando i<0
Possui uma queda de tensão intrínseca quando em condução
VF ~ 1V (forward voltage)
Não são facilmente operados em paralelo, devido aos seus
coeficientes térmicos de condução serem negativos
VAC > 0
Quanto maior temperatura menor a queda direta
Pode conduzir reversamente durante um tempo trr (tempo de
recuperação reversa - especificado pelo fabricante)
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Eletrônica de Potência – DIODO DE POTÊNCIA
Características estáticas (tensão-corrente):
Circuito equivalente do diodo
Ideal
Pc = V( TO )iDmed + rT I Def
Real
2
Região de avalanche
(curto-circuito)
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Eletrônica de Potência – DIODO DE POTÊNCIA
Exercício:
Calcular a corrente IF , a tensão VF , e a potência no diodo
D polarizado diretamente por uma fonte de tensão
contínua de 50V, em série com um resistor de 100Ω.
Considerar rT = 15mΩ e V(TO) = 0,7V:
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Eletrônica de Potência – DIODO DE POTÊNCIA
Características dinâmicas (considera-se D real):
Tempo de recuperação reversa - trr
Bastante significativo em aplicações de chaveamento em alta
velocidade provocam substâncias perdas e sobrecorrentes
O diodo real não passa, em um único instante, do estado de
condução para o de não-condução (comutação abrupta)
Nesse momento uma corrente reversa flui por um breve período,
e o diodo continua conduzindo devido aos portadores
minoritários que permanecem na junção pn e no material
semicondutor propriamente dito
Os portadores minoritários requerem um certo tempo para
recombinar com as cargas opostas e ser neutralizados
C Capacitância de recuperação do diodo (da junção)
Qrr carga armazenada em C durante condução
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Eletrônica de Potência – DIODO DE POTÊNCIA
Inicialmente S bloqueado
S é fechado corrente IL
transferida de D para S
Malha L e D circuito IL em roda livre
Comutação diodo bloqueia
IL = iS + iF (constante)
S fechado corrente iF ↓
Velocidade de decrescimento
depende:
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Eletrônica de Potência – DIODO DE POTÊNCIA
Com iF=0
Ocorre a descarga de C
iD torna-se negativa, até que Qrr
seja toda removida
IRM representa o pico da corrente
de recuperação do diodo
Qrr = 0 diodo bloqueado
A taxa de variação de corrente,
associada à indutância parasita
série provoca sobretensão
negativa em D durante bloqueio
(pode ser destrutiva)
Utilizar snubber RC série em
paralelo com o diodo
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Eletrônica de Potência – DIODO DE POTÊNCIA
Formas de onda:
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Eletrônica de Potência – DIODO DE POTÊNCIA
Conclusão: o tempo de recuperação reversa (trr) e a carga
armazenada na junção (Qrr) estão relacionadas
diretamente com as perdas de comutação
Equações:
diF/dt estabelecido pelo projetista (depende do circuito)
Qrr dado do fabricante quanto menor, mais rápido é o diodo
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Eletrônica de Potência – DIODO DE POTÊNCIA
Exercício:
O tempo de recuperação de um diodo é trr=3 μs e a taxa
de decaimento da corrente do diodo é di/dt=30A/μs.
Determinar (a) a carga armazenada Qrr e (b) a corrente
reversa máxima de pico IRM.
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Eletrônica de Potência – DIODO DE POTÊNCIA
Entrada em condução do diodo:
Circuito para o estudo da entrada em condução do diodo e
formas de onda durante a comutação (entrada em
condução)
Atraso de entrada
em condução
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Eletrônica de Potência – DIODO DE POTÊNCIA
trf: tempo de entrada em condução
VFP: tensão de pico na entrada em condução
Pode variar entre 0,1 a 1,5 μs
Pode alcançar valores próximo de 40V
Diodos rápidos reduzem trf e VFP
O atraso e a sobretensão são devidos à variação da resistência
do diodo durante entrada em condução
Em conversores comutados pela linha, as perdas de comutação
podem ser desconsideradas
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Eletrônica de Potência – DIODO DE POTÊNCIA
Classificação quanto ao tempo de recuperação:
Diodos lentos (standard-recovery) trr > 1 μs
Diodos rápido (fast-recovery) trr < 200 ns
Line –frequency diodes – operação em baixa frequência, geralmente menor
que 1 kHz
Soft-recovery – Variação de corrente suavizada para evitar picos de tensão
Diodos ultra-rápidos (ultrafast-recovery) trr < 70 ns
Aplicação em fontes chaveadas
Pode-se reduzir o circuito snubber de proteção
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Eletrônica de Potência – DIODO DE POTÊNCIA
Demais valores nominais:
Corrente direta média máxima – IF(avg)max
Corrente máxima de surto - IFSM
É a corrente máxima que o diodo pode aguentar com segurança quando
polarizado diretamente
É a corrente máxima que o diodo pode suportar durante um transitório
fortuito ou diante de um defeito do circuito
Proteções
Sobretensão
Sobrecorrente
Transitórios – circuito snubber
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Eletrônica de Potência – DIODO DE POTÊNCIA
Exemplo: 1N4007 (standard)
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Eletrônica de Potência – DIODO DE POTÊNCIA
Exemplo: MUR460 (ultrafast)
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Eletrônica de Potência – DIODO DE POTÊNCIA
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Eletrônica de Potência – DIODO DE POTÊNCIA
Diodos Schottky
Possuem uma baixa queda de tensão de condução, tipicamente de 0,3V
Baixo tempo de recuperação baixa perdas por condução
Circuitos Snubbers menores e menos dissipativos
Aplicação em fontes de baixa tensão, nas quais as quedas sobre os
retificadores são significativas
Desvantagem: baixa tensão direta e inversa suportável
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Eletrônica de Potência – RETIFICADORES A DIODO
Retificador Monofásico Meia Onda a Diodo
1) Carga Resistiva Pura
Onde: v ( ω t ) = V m sen ( ω t ) = 2V o sen ( ω t
Sendo: Vo = valor eficaz da tensão de alimentação
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)
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Eletrônica de Potência – RETIFICADORES A DIODO
Formas de onda para carga R(pura):
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Eletrônica de Potência – RETIFICADORES A DIODO
Tensão média na carga:
V Lmed =
π
1
2π
V Lmed =
V med
2V 0 sen ( ω t )d ω t
∫
1
=
T
t0 +T
∫
f ( t )dt
t0
0
2V 0
π
= 0 ,45 V 0
Corrente média na carga:
I Lmed
1
=
2π
I Lmed =
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π
∫
0
2V 0
sen ( ω t )d ω t
R
V Lmed
0 ,45 V 0
=
R
R
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Eletrônica de Potência – RETIFICADORES A DIODO
Corrente de pico no diodo:
I Dp =
Tensão de pico inversa do diodo:
V Dp =
I Lef =
2V 0
R
2V 0
Corrente eficaz no diodo
π
1 

∫
2π 0 
2
2V 0 
 sen 2 ( ω t )d ω t =
R 
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1
T
V rms =
2
2V 0
2π R 2
t0 +T
2
[
f
(
t
)
]
dt
∫
t0
V0
V0
π 
= 0 ,707
 =
R
2R
2
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Eletrônica de Potência – DIODO DE POTÊNCIA
Exercícios:
1) Seja o retificador de meia onda alimentando carga
resistiva pura com Vo=120V (valor eficaz) e R=50Ω.
Calcular: (a) tensão média na carga , (b) corrente
média na carga, (c) corrente eficaz na carga e (d)
potência transferida ao resistor R. Desenhar os gráficos
de VL, IL e VD indicando os valores máximos e mínimos.
2) Considerando rT = 12mΩ e V(TO) = 0,85V, calcular a
potência de condução do diodo:
Pc = V( TO )iDmed + rT I Def
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Eletrônica de Potência - Revisão
Referências bibliográficas:
– BARBI, Ivo. Eletrônica de Potência; 6ª Edição, UFSC, 2006
– MUHAMMAD, Rashid Eletrônica de Potência; Editora: Makron Books,
1999
– ERICKSON, Robert W.; MAKSIMOVIC, Dragan. Fundamentals of power
electronics. New York: Kluwer Academic, 2001
– AHMED, Ashfaq. Eletrônica de Potência; Editora: Prentice Hall, 1a
edição, 2000
– Materiais de aula do Prof. Leandro Michels – UDESC
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