Transistores de Pot

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Transistores de Potência

• Comportamento Dinâmico e Estático
• Freqüência de Chaveamento
• Potência
• Características Físicas
• Aplicações
• Novas Aplicações.
• André, Dáfine, Eduardo, Kenji, Nagai, Ulisses

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Transistor Bipolar de Potencia (BPT)

• O BPT é sempre do tipo NPN
• A corrente flui através do BPT verticalmente

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Transistor Bipolar de Potencia (BPT)
Referência Características Aplicações Caixa Pinagem
BUT102 400/300V, 50A, 300W Chaveamento Potencia 1-Emissor 2-Base 3-Coletor
BUT98 850/450V, 30A, 200W Chaveamento Potencia 1-Base 2-Coletor 3-Emissor 4-Coletor
BUT11 850/400V, 5A, 100W Chaveamento Potencia 1-Base 2-Coletor 3-Emissor 4-Coletor
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Características Estáticas do Transistor Bipolar
de Potencia (BPT)

• Região Ativa
• Região de Corte
• Região Quase Saturação
• Região de Forte Saturação

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Características Estáticas do Transistor Bipolar
de Potencia (BPT)

• Primeira Avalanche (Ruptura)

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Características Estáticas do Transistor Bipolar
de Potencia (BPT)

• Segunda Avalanche (Ruptura)
• Devido a elevadas concentrações de corrente numa
  determinada região.
• Devido característica do coeficiente negativo de
  temperatura, o aumento da corrente reduz a
  resistência do componente que aumenta a corrente
  e a temperatura e, assim sucessivamente até a
  ruptura.

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Características Dinâmicas do Transistor Bipolar
de Potencia (BPT)
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Transistor Operando como Chave

• O circuito a transistor na configuração chave, é
  definido por quanto IB é maior que IBSAT , para
  garantir a saturação.
• Junção CB - diretamente polarizada, VCB variando
  de 0,4V a 0,5V. Transistor na região de
  saturação.

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Transistor Operando como Chave
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Transistor Operando como Chave
Tipos de Chave

• Passam para o estado ligado em menos de 1µs e
  para desligado em menos de 2µs. São usados em
  aplicações cuja freqüência chega à 100 kHz

DISPOSITIVO CAPACIDADE DE POTÊNCIA VELOCIDADE DE CHAVEAMENTO
Transistor Bipolar Média Média
MOSFET Baixa Rápida
GTO Alta Lenta
IGBT Média Média
MCT Média Média
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Tensões e Correntes nos Transistores NPN E PNP

• O transistor, tanto PNP quanto NPN, é formado por
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• Terminais
• (C) Coletor
• (B) Base
• (E) Emissor
• E por duas junções
• (CB) Coletor Base
• (BE) Base Emissor

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Características de Operação
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Características de Operação
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Características de Operação
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Regiões de Operação

• 1 Corte
• O transistor está desligado ou a corrente IB
  não é grande o suficiente para ligá-lo e as
  junções estão reversamente polarizadas.
• 2 Saturação
• O transistor funciona como um amplificador
  onde IC é amplificada pelo ganho de corrente ß e
  a diminuição da queda VCE. A junção coletor-base
  está reversamente polarizada e a junção
  base-emissor, diretamente polarizada.
• 3 Ativa
• A corrente de base IB é suficientemente
  grande, fazendo com que a tensão VCE seja muito
  baixa. Assim, o transistor opera como chave.
  Ambas as junções estão diretamente polarizadas.

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Regiões de Operação
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Tensão e Corrente no Transistor

• Enquanto VCE VBE, a junção CB está
  reversamente polarizada e o transistor está na
  região ativa. A máxima corrente de coletor Icmax
  na região ativa, é determinada quando VCB é igual
  a zero.

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Tensão e Corrente no Transistor

• Assim, o transistor vai para a
  saturação. A saturação de um transistor pode ser
  definida como o ponto acima do qual algum aumento
  na corrente de base não provoca uma aumento
  significativo na corrente de coletor. Na
  saturação

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Tensão e Corrente no Transistor

• Normalmente, o circuito a transistor na
  configuração chave, é definido por quanto IB é
  maior que IBSAT , para garantir a saturação. A
  razão entre IB e IBSAT é definido por fator de
  sobreacionamento - overdrive factor - ODF

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Tensão e Corrente no Transistor

• A potência dissipada pelas duas junções é
  dada por

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Características Físicas

• Materiais utilizados na fabricação do transistor
• Silício (Si)
• Germânio (Ge)
• Gálio (Ga)
• Alguns óxidos

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Fabricação do transistor

• Silício é purificado
• Cortado em finos discos
• Dopagem (impurezas)
• Cria-se o PNP ou o NPN

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Modelos de Transistores
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Aplicações no Campo da Eletrônica

• Amplificador de Corrente , na configuração
  Darlington, o ganho final é o produto dos ganhos
  de cada transistor
• Prós alta impedância de entrada e alto ganho de
  corrente (1000X)
• Contras elevado tempo de comutação, queda de
  tensão, alto custo do circuito de controle.

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Aplicações no Campo da Eletrônica

• Controle das deflexões verticais e horizontais de
  dispositivos CRT (tubo de raios catódicos), neste
  caso operam em alta tensão
• Ignição automotiva, reatores eletrônicos para
  lâmpadas
• Amplificação de sinais de áudio em aparelhos de
  som (substituto das válvulas)

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Aplicações no Campo da Potência

• Circuito de potencia para interfaceamento entre
  carga e o respectivo sistema de controle (CLPs e
  FPGAs), atua como chave no acionamento do relé

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Novas Aplicações

• DMOS E LIGBT
• LDMOS
• GaN MOSFET

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Novos Modelos Para DMOS E LIGBT

• DMOS ("Double-diffused Metal Oxide
  Semiconductor") e LIGBT ("lateral-insulated gate
  bipolar transistor")
• Na falta de modelos adequados ? um consumo de
  energia maior do que seria necessário ? maiores
  gastos na produção
• Utilização ? automóveis mais modernos, nos
  circuitos que controlam a direção elétrica,
  ar-condicionado e todo o aparato que cada vez
  mais é acionado de forma elétrica e controlado
  eletronicamente
• Modelos existentes ? temperatura ambiente. Uma
  situação muito diferente do que ocorre sob o capô
  de um automóvel
• Modelo atual ? funcionamento com o aumento da
  temperatura e aumento da velocidade de
  chaveamento
• Resultados Economia de energia e otimização do
  componente para cada aplicação.

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GEN7 LDMOS

• Gen7 LDMOS permite aumento da densidade de
  potência, melhora da eficiência e redução da
  resistência térmica Rth.
• LDMOS (semicondutor de óxido de metal difundido
  lateralmente)
• Usando a tecnologia Gen7 LDMOS, a NXP oferece o
  mais elevado desempenho em transistor de potência
  LDMOS para amplificadores de potência para
  estação rádio-base, permitindo maior eficiência e
  valor agregado, comparado a qualquer outro
  produto no mercado.
• desempenho recorde em aplicações de até 3.8 GHz ?
  solução com capacitância de saída mais baixa do
  que as antigas gerações, permite um casamento de
  impedâncias de saída em bandas muito mais largas,
  com um projeto muito mais simples.

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GaN MOSFET, Alternativa aos transistores de
silício

• Weixiao Huang, no Instituto Politécnico
  Rensselaer, nos Estados Unidos.
• Transístor à base de nitreto de gálio (GaN) ?
  menor consumo de energia e maior eficiência em
  aplicações de eletrônica de potência. Desempenho
  melhor do que o silício e também funcionam em
  ambientes extremos.
• Os novos transistores reduzem significativamente
  as perdas de energia, o que significa que chips
  que os utilizem aquecerão menos.

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Referências

• Canesin, C. A., LEP2K2, 2002. Disponível emlt
  http//www.dee.feis.unesp.br/gradua/elepot/princip
  al.html gt acesso em 10 nov. 2008.
• Ahmed, A., Eletrônica de Potencia. SãoPaulo
  Prentice Hall, 2000. 479 p.
• Sedra, A. S., Smith, K. C., Microeletrônica, 4.
  Ed.. SãoPaulo MAKRON Books, 2000. 1270 p.

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Obrigado!