Disciplina de Eletrônica de Potência Disciplina de Eletrônica de
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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 1 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) UTFPR – Campus Curitiba Prof. Amauri Assef 2 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) UTFPR – Campus Curitiba Prof. Amauri Assef 3 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: UTFPR – Campus Curitiba Prof. Amauri Assef 4 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 UTFPR – Campus Curitiba Prof. Amauri Assef 5 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: UTFPR – Campus Curitiba Prof. Amauri Assef 6 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 UTFPR – Campus Curitiba Prof. Amauri Assef 7 Eletrônica de Potência – DIODO DE POTÊNCIA Formas de onda: UTFPR – Campus Curitiba Prof. Amauri Assef 8 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 UTFPR – Campus Curitiba Prof. Amauri Assef 9 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. UTFPR – Campus Curitiba Prof. Amauri Assef 10 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 UTFPR – Campus Curitiba Prof. Amauri Assef 11 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 UTFPR – Campus Curitiba Prof. Amauri Assef 12 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 UTFPR – Campus Curitiba Prof. Amauri Assef 13 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 UTFPR – Campus Curitiba Prof. Amauri Assef 14 Eletrônica de Potência – DIODO DE POTÊNCIA Exemplo: 1N4007 (standard) UTFPR – Campus Curitiba Prof. Amauri Assef 15 Eletrônica de Potência – DIODO DE POTÊNCIA Exemplo: MUR460 (ultrafast) UTFPR – Campus Curitiba Prof. Amauri Assef 16 Eletrônica de Potência – DIODO DE POTÊNCIA UTFPR – Campus Curitiba Prof. Amauri Assef 17 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 UTFPR – Campus Curitiba Prof. Amauri Assef 18 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 UTFPR – Campus Curitiba Prof. Amauri Assef ) 19 Eletrônica de Potência – RETIFICADORES A DIODO Formas de onda para carga R(pura): UTFPR – Campus Curitiba Prof. Amauri Assef 20 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 = UTFPR – Campus Curitiba Prof. Amauri Assef π ∫ 0 2V 0 sen ( ω t )d ω t R V Lmed 0 ,45 V 0 = R R 21 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 UTFPR – Campus Curitiba Prof. Amauri Assef 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 22 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 UTFPR – Campus Curitiba Prof. Amauri Assef 2 23 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 UTFPR – Campus Curitiba Prof. Amauri Assef 24
