Principais componentes em eletrônica industrial

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INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE SANTA CATARINA

GUILHERME COSTA DA SILVA

TURMA 811

PRINCIPAIS COMPONENTES EM ELETRÔNICA INDUSTRIAL:

IGBT, GTO, MCT e MOSFET

FLORIANÓPOLIS, 2016

IGBT

Principais características: baixas perdas no estado de condução, rápido chaveamento, baixa corrente de acionamento, apresente corrente de calda “current tailing”, frequências de 1 a 30kHz, coeficiente de temperatura positivo para alta corrente – facilidade no paralelismo e construção de módulos, mais lento que o MOSFET, porém mais rápido que o GTO, Darlington e SCR

Funcionamento: [pic 2]

A estrutura do IGBT é similar à do MOSFET, mas com a inclusão de uma camada P+ que forma o coletor do IGBT, como se vê na figura. Em termos simplificados pode-se analisar o IGBT como um MOSFET no qual a região N- tem sua condutividade modulada pela injeção de portadores minoritários (lacunas), a partir da região P+, uma vez que J1 está diretamente polarizada. Esta maior condutividade produz uma menor queda de tensão em comparação a um MOSFET similar. O controle de componente é análogo ao do MOSFET, ou seja, pela aplicação de uma polarização entre porta e emissor. Também para o IGBT o acionamento é feito por tensão.

Principais aplicações: Automóveis, ventiladores, coolers, trens, ares-condicionados, aspiradores de pó

Vantagens: rápida comutação, perdas de condução baixas, robustez contra curto-circuito e sobre corrente, circuito de disparo simplificado, coeficiente de temperatura positivo de tensão de saturação.

Desvantagens: a corrente de calda (tail current) faz com que a velocidade de comutação seja mais lenta que a de um MOSFET.

GTO

Principais características: permite o desligamento aplicando um pulso de corrente negativa, embora criado desde a década de 1960, não era muito utilizado devido ao baixo desempenho,

Funcionamento: 

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O processo de ignição é similar ao do tiristor. As características de desligado são um pouco diferentes. Quando uma voltagem negativa é aplicada através dos terminais porta (G) e cátodo (C ou K), a corrente na porta (ig), cresce. Quando a corrente na porta (G) atinge seu máximo valor, IGR, a corrente de ânodo começa a cair e a voltagem através do dispositivo (VAK), começa a crescer. Após isto, a corrente de ânodo varia lentamente e esta porção da corrente de ânodo é conhecido como corrente de pico.

Principais aplicações: trens de alta velocidade, aviões de pequeno porte, máquinas agrícolas, máquinas de lavar

Vantagens: turn off mais rápido,         maior capacidade de bloqueio de altas tensões, alto ganho no estado “on”, só necessita de um impulso de curta duração para comutar.

Desvantagens: maior corrente de gate, maior perdas no circuito dos drivers da gate, a capacidade de bloqueamento inverso é menor do que a capacidade de bloqueio direto.

MCT

Principais características: combina os atributos do MOSFET e o tiristor, todos os MCT's têm integrados dois dispositivos MOS para controlar as propriedades de comutação, existem diversos tipos de estruturas, mas todas elas coincidem existe um tiristor pnpn que determina as propriedades de condução (e de bloqueio).

Funcionamento: 

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Em sua operação, se o cátodo K é positivo com respeito ao ânodo, não importando a polarização do gate, o MCT vai cair a uma tensão muito baixa, esta situação deve ser evitada. Se o ânodo A é positivo com respeito ao cátodo K, e não existe uma tensão no gate, o MCT permanece em estado de desligado até que uma tensão de ruptura é atingida quando uma avalanche de ruptura ocorre. Na prática uma pequena corrente de fuga IA leak existe no estado de bloqueio até que a ruptura aconteça e o dispositivo se acenda. Se o ânodo é positivo com respeito ao cátodo e uma voltagem negativa é aplicada ao gate, o MCT acende-se. A corrente de ânodo é limitada só pelo valor da impedância da carga. Se o MCT está ignição, a aplicação de uma tensão positiva no gate, regressa ao dispositivo ao estado de desligado até que uma tensão negativa no gate é aplicada.