Post on 15-Feb-2021
Disciplina: Eletrônica de Potência
Professor: Celton Ribeiro Barbosa
MOSFET de Potência
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Introdução
• É um transistor deefeito de campo(FET, doinglês field-effecttransistor) ;
• O TBJ é um dispositivocontrolado porcorrente, enquanto oFET é um dispositivocontrolado por tensão;
• Os MOSFETs podem serdo tipo depleção ouintensificação;
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MOSFET tipo Depleção
• Em alguns casos, osubstrato estáinternamenteconectado ao terminalde fonte;
• A porta (G) permaneceisolada por uma finacamada de óxido desilício;
• Não há conexão elétricadireta entre o terminalde porta e o canal deum MOSFET. Figura 1. MOSFET tipo depleção
canal N
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Operação básica e curvas características
Pinch off
MOSFET tipo depleção canal p
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Símbolos e Encapsulamento
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canal n canal p
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MOSFET tipo intensificação
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MOSFET tipo intensificação
• O nível de 𝑉𝐺𝑆 que produz um aumentosignificativo da corrente de dreno échamado de tensão de limiar, representadopelo símbolo 𝑉𝑇 ou 𝑉𝐺 𝑡ℎ
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MOSFET tipo intensificação
• Se 𝑉𝐺𝑆 se manterconstante e 𝑉𝐷𝑆 aumentar𝐼𝐷 atingirá um valor desaturação;
• A tensão entre dreno e fonte é dada por:
𝑉𝐷𝐺 = 𝑉𝐷𝑆 − 𝑉𝐺𝑆• O estreitamento do canal
na região de dreno é denominado pinch-off
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MOSFET tipo intensificação
MOSFET tipo intensificação
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• A corrente de dreno é dada por:𝐼𝐷 = 𝑘 𝑉𝐺𝑆 − 𝑉𝑇
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• O termo 𝑘 é uma constante que é uma função da estrutura do dispositivo;
MOSFET tipo intensificação canal p
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Símbolos e encapsulamento
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Canal n Canal p
Diferença de símbolos entre MOSFET tipo depleção e intensificação
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IntensificaçãoCanal n
IntensificaçãoCanal p
Depleçãocanal n
Depleçãocanal p
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MOSFET de potência• Podem atingir frequências
de até 1 MHz;
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Região de drift
Diodo
Canal n
Canal p
TBJ
terminal
Região de drift
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• Segundo Balinga (2008) a tensão de ruptura em um junção pn é dada por:
𝐵𝑉 𝑆𝑖 = 5,34 × 1013𝑁𝐷−34
Onde,
– 𝐵𝑉 𝑆𝑖 - Tensão de ruptura do silício;
– 𝑁𝐷- Quantidade de portadores;
Região de drift
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Características estáticas• Região Ohmica
– O canal apresentaresistência constante(𝑅𝐷𝑆(𝑜𝑛))
– Geralmente 𝑅𝐷𝑆(𝑜𝑛) éencontrado nosdatasheets
– As perdas no MOSFETsão dadas por:𝑃 = 𝑅𝐷𝑆(𝑜𝑛) ⋅ 𝐼𝐷
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– O MOSFET opera naregião Ohmica quando:
𝑉𝐷𝑆 < 𝑉𝐺𝑆 − 𝑉𝑇𝐻 e 𝑉𝐺𝑆 > 𝑉𝑇𝐻
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Características estáticas• Região de corte
– Sem formação decanal;
– Ocorre quando:
𝑉𝐷𝑆 > 0 e 𝑉𝐺𝑆 < 𝑉𝑇• Região ativa
– Opera comoamplificador;
– Ocorre quando:
𝑉𝐷𝑆 > 𝑉𝐺𝑆 − 𝑉𝑇𝐻 e 𝑉𝐺𝑆 > 𝑉𝑇𝐻
20Características de chaveamento• As capacitância não são
lineares e dependem daestrutura e tensão depolarização do MOSFET;
• A fonte de correntecontrolada por tensão podeser representada pelaequação:
21Características de chaveamento
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Análise do MOSFET quando é ligado
• O diodo é considerado ideal;
• O indutor é a carga, 𝐿 é elevado e garante que 𝐼𝐷 é constante;
23Análise do MOSFET quando é ligado: tempo 𝑡1
24Análise do MOSFET quando é ligado: tempo 𝑡2
25Análise do MOSFET quando é ligado: tempo 𝑡3
26Análise do MOSFET quando é ligado: tempo 𝑡4• O valor de 𝑉𝐷𝑆 é igual:
27Análise do MOSFET quando é desligado:
28Área de operação segura (SOA)
Aplicações
• Conversores Buck, Boost, inversores
ReferênciasBOYLESTAD, Robert L. Dispositivos eletrônicos e teoria de circuitos– 11.ed. – São Paulo: Pearson Education do Brasil, 2013
RASHID, M. H. Eletrônica de potência: circuitos, dispositivos e aplicações- Sâo Paulo: Makron Books, 1999.
RASHID, M. H. Power Electronics Handbook. 4 ed. Florida: Elsevier,2017.
BALIGA, B. J. Fundamentals of Power Semiconductor Devices . New York – USA: Springer, 2008.
Obrigado pela atenção