RDE9

1.
2) Transistores MOSFET:
• Suportam correntes de até 100 A, tensões de 1000 V e frequências até a faixa dos
MHz!
• Utilizados em baixa potências e altas frequências.
• Os transistores MOSFET (Transistor de Efeito de Campo metal-óxido-semicondutor)
Intensificação de canal N, tem ampla aplicação em controladores de potência CC
(fontes chaveadas), CA e amplificadores (e.g., rádios automotivos).
• Sensíveis a descargas eletrostáticas.
• Circuitos de disparo mais simples que TBJ.
MosFet Intensificação Canal N

Funcionamento:
• Basicamente são transistores controlados por tensão (VGS), a qual gera uma corrente ID
proporcional (relação não linear).
• Os MOSFETs intensificação de canal N são controlados por tensão positiva no gatilho em

relação à fonte ( VGS ):
 VGS = 0 V temos o seu estado de corte e a corrente ID é mínima (o efeito resistivo
entre D e S, RDS , é muito alto : MΩ a GΩ).
 Com VGS entre 2 V e 4 V (VTH ou VT), o MOSFET começa a conduzir.
 Com VGS acima de 10 V, o MOSFET atinge a condução máxima. Nesse ponto, o
efeito resistivo entre D e S é mínimo e chama-se RDSon (na faixa de mΩ).
ATENÇÃO: Não há corrente de porta devido a altíssima impedância de entrada do MosFet!

Regiões de Operação:
• Região de corte: VGS < Vth, ID igual a zero.

• Região ôhmica (Triodo): VGS > Vth, VDS < VGS - Vth. O Mosfet se comporta como uma
resistência entre Dreno e Fonte (RDSon). A corrente nesta "resistência" depende de VDS.
• Região de saturação: VGS > Vth, VDS > VGS - Vth. O Mosfet atua como uma fonte de corrente
dependente de VGS. VDS praticamente NÃO afeta ID. Usada em amplicadores (região ativa).
Na eletrônica de potência as regiões de corte e ôhmica são utilizadas. Para chave

fechada fazemos VGS > 10 V, garantindo a menor resistência entre Dreno e Fonte (RdsOn). Além
disso, Rcarga>>Rds (VDS bem baixo, ID depende diretamente da carga).
CARACTERISTICAS PRINCIPAIS DE MOSFETs COMERCIAIS:
a) IRF 740 b) IRF 840
ID max. = 10 A ID max. = 8,5 A

VDS max. = 400 V VDS max. = 500 V
RDSon < 480 mΩ RDSon < 850 mΩ
EXEMPLO DE OPERAÇÃO DE CHAVEAMENTO DO MOSFET COM CARGA C.C:
A principal vantagem desta forma de operação está na baixa potência dissipada

sobre o MOSFET (o sistema apresenta alto rendimento).
Exercício 2.1)
EXEMPLO DE OPERAÇÃO DE CHAVEAMENTO DO MOSFET COM CARGA C.A:
“Relé de estado sólido – circuito 1”
Exercício 2.2)
Para o circuito acima, desenhe as formas de onda de tensão sobre o MosFet e a carga
para as seguintes condições:
a) Chave S fechada.
b) Chave S aberta.
c) Verifique os valores de Idmáx, VDS máx e RDSon para o IRF640.
O que ocorre no “relé de estado sólido” caso a saída de um PWM seja ligada entre os pontos C e
D?
 Gradador : varia o valor eficaz de uma corrente alternada (conversor CA-CA).
Exercício 2.3)
a) Qual a potência da lâmpada de 40 W para o circuito 1 se D.C = 50% e D.C = 20%?

b) Desenhe as formas de onda de VL e VDS considerando um D = 50%.
1.3) IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor):
• Transistores Bipolares com Porta Isolada.

• Associa as vantagens do Bipolar (baixa perda durante a condução), com as do
MOSFET (alta impedância de entrada).
• Mais rápido que o Bipolar, mais lento que o MOSFET (regra básica: baixa tensão e
alta freq. -> MOSFET, alta tensão e baixa freq. -> IGBT).
• Baixas e Médias Potências, frequências até 100 kHz .
IGBT
Limites de Operação dos semicondutores de potência (2004).

Funcionamento:
• Para colocá-lo no estado ligado (chave fechada), basta polarizar positivamente o terminal
Coletor C em relação ao Emissor E, e aplicar uma tensão VGE > VGE (TH); 10 V < VGE < 20 V.
• O IGBT desliga (chave aberta) no momento em que houver a anulação do sinal de tensão do
terminal de porta.
ATENÇÃO: Não há corrente de porta devido a altíssima impedância de entrada do IGBT!
Exercício Resolvido:
Para Vcc = 220 V e RC = 5 Ω, considerando o IGBT em 1 kHz (sinal de portadora),
calcule o duty-cycle necessário para que a potência na carga seja de 5 kW.
Pcargamáx = 220²/5 = 9,68KW

Pdesejada = 5k = (220²/5)*(TH/T)  T=1ms  TH=0,52ms
Logo D.C = 52%!
IGBT´S COMERCIAIS:
TO 247 – 600V x 32A 600V x 75A
 O IGBT é utilizado como uma chave, alternando os estados de condução (On-state)

e corte (Off-state) (estes são controlados pela tensão de porta, assim como em um
MOSFET).
 Os IGBTs são componentes usados principalmente como comutadores em

conversores de freqüência, inversores, etc. Nestas aplicações, normalmente uma carga
indutiva é ligada e desligada, podendo com isso aparecer tensões reversas elevadas,
contra as quais o dispositivo deve ser protegido. Essa proteção é feita com o uso de
diodos ligados em antiparalelo com o coletor e o emissor para evitar que uma elevada
tensão reversa seja aplicada ao IGBT.
Tendência de uso das chaves:
 O Transistor de Junção Bipolar de Potência tem sido substituído por semicondutores

mais eficientes nos últimos anos, como os MOSFETs e IGBTs, e hoje praticamente não
são mais utilizados.
 Para baixas tensões ( < 500 V) o TBP tem sido substituído pelo MOSFET.
Para tensões acima de 500 V o TBP tem sido substituído pelo IGBT.
 Comparado com o MOSFET, o TBP apresenta maiores tempos durante as

comutações (operação em menores frequências). Contudo, o TBP apresenta menores
perdas em condução.
 Comparado com o IGBT, o TBP apresenta maiores tempos envolvidos nas

comutações (maiores perdas nas comutações) e menor capacidade de corrente.
 A tecnologia do IGBT está avançando rapidamente com dispositivos para maiores

frequências e tensões (> 2500 V).
2º Atividade Prática (montar se tiver os componentes):
Projete um dimmer com as seguintes características:
- PWM com 555 (potenciômetro de 10 kΩ);

- Saída do 555 deve acionar um MOSFET IRF840;
- Uma lâmpada de 60 W deverá ter sua luminosidade controlada.

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1.

MosFet Intensificação Canal N

• Os MOSFETs intensificação de canal N são controlados por tensão positiva no gatilho em

ATENÇÃO: Não há corrente de porta devido a altíssima impedância de entrada do MosFet!

• Região de corte: VGS < Vth, ID igual a zero.

Na eletrônica de potência as regiões de corte e ôhmica são utilizadas. Para chave

a) IRF 740 b) IRF 840

ID max. = 10 A ID max. = 8,5 A

EXEMPLO DE OPERAÇÃO DE CHAVEAMENTO DO MOSFET COM CARGA C.C:

A principal vantagem desta forma de operação está na baixa potência dissipada

“Relé de estado sólido – circuito 1”

a) Qual a potência da lâmpada de 40 W para o circuito 1 se D.C = 50% e D.C = 20%?

• Transistores Bipolares com Porta Isolada.

Limites de Operação dos semicondutores de potência (2004).

ATENÇÃO: Não há corrente de porta devido a altíssima impedância de entrada do IGBT!

Pcargamáx = 220²/5 = 9,68KW

 O IGBT é utilizado como uma chave, alternando os estados de condução (On-state)

 Os IGBTs são componentes usados principalmente como comutadores em

 O Transistor de Junção Bipolar de Potência tem sido substituído por semicondutores

 Comparado com o MOSFET, o TBP apresenta maiores tempos durante as

 Comparado com o IGBT, o TBP apresenta maiores tempos envolvidos nas

 A tecnologia do IGBT está avançando rapidamente com dispositivos para maiores

Projete um dimmer com as seguintes características:

- PWM com 555 (potenciômetro de 10 kΩ);

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