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18/06/2015 1.COMPONENTESSEMICONDUTORESRPIDOSDEPOTNCIA
http://www.dsce.fee.unicamp.br/~antenor/htmlfile/cap1.html 1/19
1. COMPONENTESSEMICONDUTORESRPIDOSDEPOTNCIA
1. DiodosdePotncia
UmdiodosemicondutorumaestruturaPNque,dentrodeseuslimitesdetensoedecorrente,permiteapassagemdecorrenteemumnicosentido.Detalhesdefuncionamento,emgeraldesprezadosparadiodosdesinal,podemsersignificativosparacomponentesdemaiorpotncia,caracterizadosporumamaiorrea(parapermitirmaiorescorrentes)emaiorcomprimento(afimdesuportartensesmaiselevadas).Afigura1.1mostra,simplificadamente,aestruturainternadeumdiodo.
Figura1.1.Estruturabsicadeumdiodosemicondutor
AplicandoseumatensoentreasregiesPeN,adiferenadepotencialaparecernaregiodetransio,umavezquearesistnciadestapartedosemicondutormuitomaiorqueadorestantedocomponente(devidoconcentraodeportadores).
Quandosepolarizareversamenteumdiodo,ouseja,seaplicaumatensonegativanoanodo(regioP)epositivanocatodo(regioN),maisportadorespositivos(lacunas)migramparaoladoN,eviceversa,demodoquealarguradaregiodetransioaumenta,elevandoabarreiradepotencial.
Pordifusoouefeitotrmico,umacertaquantidadedeportadoresminoritriospenetranaregiodetransio.So,ento,aceleradospelocampoeltrico,indoataoutraregioneutradodispositivo.Estacorrentereversaindependedatensoreversaaplicada,variando,basicamente,comatemperatura.
Seocampoeltriconaregiodetransioformuitointenso,osportadoresemtrnsitoobterograndevelocidadee,aosechocaremcomtomosdaestrutura,produzironovosportadores,osquais,tambmacelerados,produziroumefeitodeavalanche.Dadooaumentonacorrente,semreduosignificativanatensonajuno,produzseumpicodepotnciaquedestriocomponente.
Umapolarizaodiretalevaaoestreitamentodaregiodetransioereduodabarreiradepotencial.Quandoatensoaplicadasuperarovalornaturaldabarreira,cercade0,7VparadiodosdeSi,osportadoresnegativosdoladoNseroatradospelopotencialpositivodoanodoeviceversa,levandoocomponenteconduo.
Naverdade,aestruturainternadeumdiododepotnciaumpoucodiferentedestaapresentada.ExisteumaregioNintermediria,combaixadopagem.Opapeldestaregiopermitirao
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componentesuportartensesmaiselevadas,poistornarmenorocampoeltriconaregiodetransio(quesermaislarga,paramanteroequilbriodecarga).
Estaregiodepequenadensidadededopantedaraodiodoumasignificativacaractersticaresistivaquandoemconduo,aqualsetornamaissignificativaquantomaiorforatensosuportvelpelocomponente.Ascamadasquefazemoscontatosexternossoaltamentedopadas,afimdefazercomqueseobtenhaumcontatocomcaractersticahmicaenosemicondutor(comoseveradiantenosdiodosSchottky).
Ocontornoarredondadoentreasregiesdeanodoecatodotemcomofunocriarcamposeltricosmaissuaves(evitandooefeitodepontas).
Noestadobloqueado,podeseanalisararegiodetransiocomoumcapacitor,cujacargaaquelapresentenaprpriaregiodetransio.
Naconduonoexistetalcarga,noentanto,devidoaltadopagemdacamadaP+,pordifuso,existeumapenetraodelacunasnaregioN.Almdisso,medidaquecresceacorrente,maislacunassoinjetadasnaregioN,fazendocomqueeltronsvenhamdaregioN+paramanteraneutralidadedecarga.Destaforma,criaseumacargaespacialnocatodo,aqualterqueserremovida(ouserecombinar)parapermitirapassagemparaoestadobloqueadododiodo.
Ocomportamentodinmicodeumdiododepotncia,naverdade,muitodiferentedodeumachaveideal,comosepodeobservarnafigura1.2.Suponhasequeseaplicaumatensoviaodiodo,alimentandoumacargaresistiva(cargasdiferentespoderoalteraralgunsaspectosdaformadeonda).
Durantet1,removeseacargaacumuladanaregiodetransio.Comoaindanohouvesignificativainjeodeportadores,aresistnciadaregioNelevada,produzindoumpicodetenso.Indutnciasparasitasdocomponenteedasconexestambmcolaboramcomasobretenso.Durantet2temseachegadadosportadoreseareduodatensoparacercade1V.Estestemposso,tipicamente,daordemdecentenasdens.
Nodesligamento,acargaespacialpresentenaregioNdeveserremovidaantesquesepossareiniciaraformaodabarreiradepotencialnajuno.Enquantohouverportadorestransitando,odiodosemantmemconduo.AreduoemVonsedevediminuiodaquedahmica.Quandoacorrenteatingeseupiconegativoquefoiretiradooexcessodeportadores,iniciandose,ento,obloqueiododiodo.Ataxadevariaodacorrente,associadasindutnciasdocircuito,provocaumasobretensonegativa.
Diodosrpidospossuemtrrdaordemde,nomximo,poucosmicrosegundos,enquantonosdiodosnormaisdedezenasoucentenasdemicrosegundos.
Oretornodacorrenteazero,apsobloqueio,devidosuaelevadaderivadaeaofatode,nestemomento,odiodojestardesligado,umafonteimportantedesobretensesproduzidasporindutnciasparasitasassociadasaoscomponentesporondecirculatalcorrente.Afimdeminimizarestefenmenoforamdesenvolvidososdiodos"softrecovery",nosquaisestavariaodecorrentesuavizada,reduzindoospicosdetensogerados.
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Figura1.2.Estruturatpicadediododepotncia.e
Formasdeondatpicasdecomutaodediododepotncia.
1. DiodosSchottky
Quandofeitaumajunoentreumterminalmetlicoeummaterialsemicondutor,ocontatotem,tipicamente,umcomportamentohmico,ouseja,aresistnciadocontatogovernaofluxodacorrente.Quandoestecontatofeitoentreummetaleumaregiosemicondutoracomdensidadededopanterelativamentebaixa,oefeitodominantedeixadeseroresistivo,passandoahavertambmumefeitoretificador.
UmdiodoSchottkyformadocolocandoseumfilmemetlicoemcontatodiretocomumsemicondutor,comoindicadonafigura1.3.OmetalusualmentedepositadosobreummaterialtipoN,porcausadamaiormobilidadedosportadoresnestetipodematerial.Apartemetlicaseroanodoeosemicondutor,ocatodo.
NumadeposiodeAl(3eltronsnaltimacamada),oseltronsdosemicondutortipoNmigraroparaometal,criandoumaregiodetransionajuno.
Notesequeapenaseltrons(portadoresmajoritriosemambosmateriais)estoemtrnsito.Oseuchaveamentomuitomaisrpidodoqueodosdiodosbiplares,umavezquenoexistecargaespacialarmazenadanomaterialtipoN,sendonecessrioapenasrefazerabarreiradepotencial(tipicamentede0,3V).AregioNtemumadopagemrelativamentealta,afimdereduzirasperdadeconduo,comisso,amximatensosuportvelporestesdiodosdecercade100V.
Aaplicaodestetipodediodosocorreprincipalmenteemfontesdebaixatenso,nasquaisasquedassobreosretificadoressosignificativas.
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Figura1.3DiodoSchottkyconstrudoatravsdetcnicadeCIs.
1. TransistorBipolardePotncia(TBP)
1. Princpiodefuncionamento
Afigura1.4mostraaestruturabsicadeumtransistorbipolar.
Figura1.4.Estruturabsicadetransistorbipolar
AoperaonormaldeumtransistorfeitacomajunoJ1(BE)diretamentepolarizada,ecomJ2(BC)reversamentepolarizada.
NocasoNPN,oseltronssoatradosdoemissorpelopotencialpositivodabase.Estacamadacentralsuficientementefinaparaqueamaiorpartedosportadorestenhaenergiacinticasuficienteparaatravessla,chegandoregiodetransiodeJ2,sendo,ento,atradospelopotencialpositivodocoletor.
OcontroledeVbedeterminaacorrentedebase,Ib,que,porsuavez,serelacionacomIcpeloganhodecorrentedodispositivo.
Narealidade,aestruturainternadosTBPsdiferente.Parasuportartenseselevadas,existeumacamadaintermediriadocoletor,combaixadopagem,aqualdefineatensodebloqueiodocomponente.
Afigura1.5.mostraumaestruturatpicadeumtransistorbipolardepotncia.Asbordasarredondadasdaregiodeemissorpermitemumahomogenizaodocampoeltrico,necessriamanutenodeligeiraspolarizaesreversasentrebaseeemissor.OTBPnosustentatensonosentidooposto
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porqueaaltadopagemdoemissorprovocaarupturadeJ1embaixastenses(5a20V).
Figura1.5.EstruturainternadeTPBeseusmbolo
OusopreferencialdeTBPtipoNPNsedevesmenoresperdasemrelaoaosPNP,oqueocorreporcausadamaiormobilidadedoseltronsemrelaoslacunas,reduzindo,principalmente,ostemposdecomutaodocomponente.
1. Limitesdetenso
AtensoaplicadaaotransistorencontrasepraticamentetodasobreajunoJ2aqual,tipicamente,estreversamentepolarizada.Existemlimitessuportveisporestajuno,osquaisdependemprincipalmentedaformacomoocomandodebaseestoperando,conformesevnasfiguras1.6e1.7.
Comotransistorconduzindo(Ib>0)eoperandonaregioativa,olimitedetensoVceVcesoqual,seatingido,levaodispositivoaumfenmenochamadodeprimeiraruptura.
Oprocessodeprimeirarupturaocorrequando,aoseelevaratensoVce,provocaseumfenmenodeavalancheemJ2.Esteacontecimentonodanifica,necessariamente,odispositivo.Se,noentanto,acorrenteIcseconcentrarempequenasreas,osobreaquecimentoproduziraindamaisportadoresedestruirocomponente(segundaruptura).
Comotransistordesligado(Ib=0)atensoqueprovocaarupturadajunoJ2maior,elevandoseaindamaisquandoacorrentedebasefornegativa.Istoumaindicaointeressanteque,paratransistoressubmetidosavaloreselevadosdetenso,oestadodesligadodeveseracompanhadodeumapolarizaonegativadabase.
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Figura1.6.TiposdeconexodocircuitodebaseemximastensesVce.
Figura1.7Caractersticaestticadetransistorbipolar.
1. readeOperaoSegura(AOS)
AAOSrepresentaaregiodoplanoVcexIcdentrodaqualoTBPpodeoperarsemsedanificar.Afigura1.8mostraumaformatpicadeAOS.
Figura1.8.AspectotpicodeAOSdeTBP
A:Mximacorrentecontnuadecoletor
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B:Mximapotnciadissipvel(relacionadatemperaturanajuno)
C:Limitedesegundaruptura
D:MximatensoVce
medidaqueacorrenteseapresentaempulsos(norepetitivos)areaseexpande.
Parapulsosrepetitivosdeveseanalisarocomportamentotrmicodocomponenteparasesabersepossvelutilizlonumadadaaplicao,umavezqueaAOS,porserdefinidaparaumnicopulso,umarestriomaisbranda.Estaanlisetrmicafeitacombasenociclodetrabalhoaqueodispositivoestsujeito,aosvaloresdetensoecorrenteeimpednciatrmicadotransistor,aqualfornecidapelofabricante.
1. Regiodequasesaturao
Consideremosocircuitomostradonafigura1.9,eascurvasestticasdoTBPalindicadas.
QuandoIccresce,Vcediminui,dadaamaiorquedadetensosobreR.medidaqueVcesereduz,caminhasenosentidodasaturao.
OsTBPapresentamumaregiochamadadequasesaturaogerada,principalmente,pelapresenadacamadaNdocoletor.
semelhanadacargaespacialarmazenadanosdiodos,nostransistoresbipolarestambmocorreestocagemdecarga.Afigura1.10mostraadistribuiodecargaestticanointeriordotransistorparaasdiferentesregiesdeoperao.
Naregioativa,J2estreversamentepolarizadaeocorreumaacumulaodeeltronsnaregiodabase.Quandoseaproximadasaturao,J2ficadiretamentepolarizada,atraindolacunasdabaseparaocoletor.Taislacunasassociamseaeltronsvindosdoemissorequeestomigrandopelocomponente,criandoumacargaespacialquepenetraaregioN.Istorepresentaum"alargamento"daregiodabase,implicandonareduodoganhodotransistor.Talsituaocaracterizaachamadaquasesaturao.QuandoestadistribuiodecargaespacialocupatodaaregioNchegase,efetivamente,saturao.
Figura1.9RegiodequasesaturaodoTBP.
claroquenodesligamentotodaestacargaterqueserremovidaantesdoefetivobloqueiodoTBP,
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oquesinalizaaimportnciadotimocircuitodeacionamentodebaseparaqueoTBPpossaoperarnumasituaoqueminimizeatempodedesligamentoeadissipaodepotncia(associadaaovalordeVce).
Figura1.10DistribuiodacargaestticaacumuladanoTBP
1. Ganhodecorrente
OganhodecorrentedosTBPvariacomdiversosparmetros(Vce,Ic,temperatura),sendonecessrio,noprojeto,definiradequadamenteopontodeoperao.
Embaixascorrentes,arecombinaodosportadoresemtrnsitolevaaumareduonoganho,enquantoparaaltascorrentestemseofenmenodaquasesaturaoreduzindooganho,comoexplicadoanteriormente.
ParaumatensoVceelevada,alarguradaregiodetransiodeJ2quepenetranacamadadebasemaior,demodoareduziraespessuraefetivadabase,oquelevaaumaumentodoganho.
Figura1.11ComportamentotpicodoganhodecorrenteemfunodatensoVce,datemperaturaedacorrentedecoletor.
1. Caractersticasdechaveamento
Ascaractersticasdechaveamentosoimportantespoisdefinemavelocidadedemudanadeestadoeaindadeterminamasperdasnodispositivorelativasscomutaes,quesodominantesnosconversoresdealtafreqncia.Definemsediversosintervalosconsiderandooperaocomcargaresistivaouindutiva.Osinaldebase,paraodesligamento,geralmente,negativo,afimdeacelerarobloqueiodoTBP.
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a)Cargaresistiva
Afigura1.12mostraformasdeondatpicasparaestetipodecarga.Ondice"r'serefereatemposdesubida(de10%a90%dosvaloresmximos),enquanto"f"relacionaseaostemposdedescida.Ondice"s"refereseaotempodearmazenamentoe"d"aotempodeatraso.
td:tempodeatraso
Correspondeatempodedescarregamentodacapacitnciadajunobe.Podeserreduzidopelousodeumamaiorcorrentedebasecomelevadodib/dt.
tri:tempodecrescimentodacorrentedecoletor
Esteintervaloserelacionacomavelocidadedeaumentodacargaestocadaedependedacorrentedebase.
Comoacargaresistiva,umavariaodeIcprovocaumamudanaemVce.
Figura1.12Caractersticatpicadechaveamentodecargaresistiva
ts:tempodearmazenamento
Intervalonecessriopararetirar(Ib
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SejaIo>0econstanteduranteacomutao.Afigura1.13mostraformasdeondatpicascomestetipodecarga.
b.1)Entradaemconduo
ComoTBPcortado,Iocirculapelodiodo(=>Vce=Vcc).Apstd,Iccomeaacrescer,reduzindoId(poisIoconstante).QuandoIc=Io,odiododesligaeVcecomeaadiminuir.Almdisso,pelotransistorcirculaacorrentereversadodiodo.
b.2)Bloqueio
ComainversodatensoVbe(edeIb),iniciaseoprocessodedesligamentodoTBP.ApstsvcomeaacrescerVce.ParaqueodiodoconduzaprecisoqueVce>Vcc.Enquantoistonoocorre,Ic=Io.Comaentradaemconduododiodo,Icdiminui,medidaqueIdcresce(tfi).
Almdestestemposdefinemseoutrosparacargaindutiva:
tti:(tailtime):QuedadeIcde10%a2%
tcoutxo:intervaloentre10%deVcee10%deIc
Figura1.13.Formasdeondacomcargaindutiva
1. Circuitosamaciadores(oudeajudacomutao)"snubber"
OpapeldoscircuitosamaciadoresgarantiraoperaodoTBPdentrodaAOS,especialmenteduranteochaveamentodecargasindutivas.
a)DesligamentoObjetivo:atrasarocrescimentodeVce(figura1.14)
QuandoVcecomeaacrescer,ocapacitorCscomeaasecarregar(viaDs),desviandoparcialmenteacorrente,reduzindoIc.DfsconduzirquandoVce>Vcc.
Quandootransistorligarocapacitorsedescarregarporele,comacorrentelimitadaporRs.AenergiaacumuladaemCsser,ento,dissipadasobreRs.
Sejamasformasdeondamostradasnafigura1.15.ConsiderandoqueIccaialinearmenteequeIL
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constante,acorrenteporCscrescelinearmente.FazendosecomqueCscompletesuacargaquandoIc=0,opicodepotnciasereduziramenosde1/4doseuvalorsemcircuitoamaciador(supondotrv=0)
Figura1.14.CircuitoamaciadordedesligamentoetrajetriasnaAOS
Figura1.15.Formasdeondanodesligamentesemecomocircuitoamaciador.
OvalordeRsdevesertalquepermitatodaadescargadeCsduranteomnimotempoligadodoTBPe,poroutrolado,limiteopicodecorrenteemumvalorinferiormximacorrentedepicorepetitivadocomponente.DeveseusaromaiorRspossvel.
b)Entradaemconduo:Objetivo:reduzirVceeatrasaroaumentodeIc(figura1.16)
Nocircuitosemamaciador,apsodisparodoTBP,Iccresce,masVcessereduzquandoDfdeixardeconduzir.AcolocaodeLsprovocaumareduodeVce,almdereduzirataxadecrescimentodeIc.
Normalmentenoseutilizaestetipodecircuito,considerandoqueostemposassociadosentradaem
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conduosobemmenoresdoqueaquelesdedesligamento.Aprpriaindutnciaparasitadocircuitorealiza,parcialmente,opapelderetardarocrescimentodacorrenteediminuiratensoVce.Inevitavelmente,talindutnciairproduziralgumasobretensonomomentododesligamento,almderessoarcomascapacitnciasdocircuito.
Figura1.16.Circuitoamaciadorparaentradaemconduo.
1. ConexoDarlington
ComooganhodosTBPrelativamentebaixo,usulmentesoutilizadasconexesDarlington(figura1.17),queapresentamcomoprincipaiscaractersticas:
ganhodecorrente=1(+1)+
T2nosatura,poissuajunoBCestsemprereversamentepolarizada
tantoodisparoquantoodesligamentososequenciais.Nodisparo,T1ligaprimeiro,fornecendocorrentedebaseparaT2.Nodesligamento,T1devecomutarantes,interrompendoacorrentedebasedeT2.
Figura1.17.ConexoDarlington.
Ostempostotaisdependem,assim,deambostransistores,elevando,emprincpio,asperdasdechaveamento.
Considerandoocasodeumatopologiaemponte(oumeiaponte),comomostradonafigura1.18,quandooconjuntosuperiorconduz,oinferiordeveestardesligado.Deveselembraraquiqueexistemcapacitnciasassociadassjunesdostransistores.
QuandoopotencialdopontoAseeleva(pelaconduodeT2)ajunoBCteraumentadasualargura,produzindoumacorrenteaqual,seabasedeT3estiveraberta,circularpeloemissor,
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transformandoseemcorrentedebasedeT4,oqualpoderconduzir,provocandoumcurtocircuito(momentneo)nafonte.
Asoluoadotadacriarcaminhosalternativosparaestacorrente,pormeioderesistores,demodoqueT4noconduza.
Almdestesresistores,usualainclusodeumdiodoreverso,deemissorparacoletor,parafacilitaroescoamentodascargasnoprocessodedesligamento.Almdisso,taldiodotemfundamentalimporncianoacionamentodecargasindutivas,umavezquefazafunododiododecirculao.
Figura1.18ConexoDarlingtonnumcircuitoemponte.
UsualmenteassociamseaostransistoresemconexoDarlington,outroscomponentes,cujopapelgarantirseubomdesempenhoemcondiesadversas,comosevnafigura1.18.
Figura1.19.ConexoDarlingtoncomcomponentesauxiliares.
1. Mtodosdereduodostemposdechaveamento
Umpontobsicoutilizarumacorrentedebaseadequada:
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Figura1.20FormadeondadecorrentedebaserecomendadaparaacionamentodeTBP.
Astransiesdevemserrpidas,parareduzirostempodeatraso.UmvalorelevadoIb1permiteumareduodetri.Quandoemconduo,Ib2devetertalvalorquefaaoTBPoperarnaregiodequasesaturao.Nodesligamento,deveseproverumacorrentenegativa,acelerandoassimaretiradadosportadoresarmazenados.
Paraoacionamentodeumtransistornico,podeseutilizarumarranjodediodosparaevitarasaturao,comomostradonafigura1.21.
Nestearranjo,atensomnimanajunoBCzero.ExcessonacorrenteIbdesviadoporD1.D3permiteacirculaodecorrentenegativanabase.
Figura1.21.Arranjodediodosparaevitarsaturao.
1. MOSFET2. Princpiodefuncionamento(canalN)
OterminaldegateisoladodosemicondutorporSiO2.AjunoPNdefineumdiodoentreSourceeDrain,oqualconduzquandoVds0.Afigura1.22mostraaestruturabsicadotransistor.
QuandoumatensoVgs>0aplicada,opotencialpositivonogaterepeleaslacunasnaregioP,deixandoumacarganegativa,massemportadoreslivres.Quandoestatensoatingeumcertolimiar(Vth),eltronslivres(geradosprincipalmenteporefeitotrmico)presentesnaregioPsoatradoseformamumcanalNdentrodaregioP,peloqualtornasepossvelapassagemdecorrenteentreDeS.ElevandoVgs,maisportadoressoatrados,ampliandoocanal,reduzindosuaresistncia(Rds),permitindooaumentodeId.Estecomportamentocaracterizaachamada"regioresistiva".
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Figura1.22.EstruturabsicadetransistorMOSFET.
ApassagemdeIdpelocanalproduzumaquedadetensoquelevaaoseuafunilamento,ouseja,ocanalmaislargonafronteiracomaregioN+doquequandoseligaregioN.UmaumentodeIdlevaaumamaiorquedadetensonocanaleaummaiorafunilamento,oqueconduziriaaoseucolapsoeextinodacorrente!Obviamenteofenmenotendeaumpontodeequilbrio,noqualacorrenteIdsemantmconstanteparaqualquerVds,caracterizandoaregioativadoMOSFET.Afigura1.23mostraacaractersticaestticadoMOSFET,
Umapequenacorrentedegatenecessriaapenasparacarregaredescarregarascapacitnciasdeentradadotransistor.Aresistnciadeentradadaordemde1012ohms.
Estestransistores,emgeral,sodecanalNporapresentaremmenoresperdasemaiorvelocidadedecomutao,devidomaiormobilidadedoseltronsemrelaoslacunas.
AmximatensoVdsdeterminadapelarupturadodiodoreverso.OsMOSFETsnoapresentamsegundarupturaumavezquearesistnciadocanalaumentacomocrescimentodeId.Estefatofacilitaaassociaoemparalelodestescomponentes.
AtensoVgslimitadaaalgumasdezenasdevolts,porcausadacapacidadedeisolaodacamadadeSiO2.
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Figura1.23.CaractersticaestticadoMOSFET.
1. readeOperaoSegura
Afigura1.24mostraaAOSdosMOSFET.ParatenseselevadaselamaisamplaqueparaumTBPequivalente,umavezquenoexisteofenmenodesegundaruptura.Parabaixastenses,entretanto,temsealimitaodaresistnciadeconduo.
A:Mximacorrentededrenocontnua
B:Limitedaregioderesistnciaconstante
C:Mximapotncia(relacionadamximatemperaturadejuno)
D:MximatensoVds
Figura1.24.AOSparaMOSFET.
1. Caractersticadechaveamentocargaindutiva
a)Entradaemconduo(figura1.25)
Aoseraplicadaatensodeacionamento(Vgg),acapacitnciadeentradacomeaasecarregar,comacorrentelimitadaporRg.Quandoseatingeatensolimiardeconduo(Vth),apstd,comeaacresceracorrentededreno.EnquantoId
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Figura1.25FormasdeondanaentradaemconduodeMOSFETcomcargaindutiva.
Osmanuaisforneceminformaessobreascapacitnciasoperacionaisdotransistor(Ciss,CosseCrss),mostradasnafigura1.26,asquaisserelacionamcomascapacitnciasdocomponentepor:
Ciss=Cgs+Cgd,comCdscurtocircuitada
Crs=Cgd
Coss~Cds+Cgd
Figura1.26.CapacitnciasdetransistorMOSFET
b)Desligamento
Oprocessodedesligamentosemelhanteaoapresentado,masnaordeminversa.OusodeumatensoVggnegativaapressaodesligamento,poisaceleraadescargadacapacitnciadeentrada.
ComoosMOSFETsnoapresentamcargasestocadas,noexisteotempodearmazenamento,porisso
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somuitomaisrpidosqueosTBP.
1. IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor)
OIGBTaliaafacilidadedeacionamentodosMOSFETcomaspequenasperdasemconduodosTBP.Suavelocidadedechaveamentosemelhantedostransistoresbipolares.
1. Princpiodefuncionamento
AestruturadoIGBTsimilardoMOSFET,mascomainclusodeumacamadaP+queformaocoletordoIGBT,comosevnafigura1.27.
EmtermossimplificadospodeseanalisaroIGBTcomoumMOSFETnoqualaregioNtemsuacondutividademoduladapelainjeodeportadoresminoritrios(lacunas),apartirdaregioP+,umavezqueJ1estdiretamentepolarizada.EstamaiorcondutividadeproduzumamenorquedadetensoemcomparaoaumMOSFETsimilar.
OcontroledecomponenteanlogoaodoMOSFET,ouseja,pelaaplicaodeumapolarizaoentregateeemissor.TambmparaoIGBToacionamentofeitoportenso.
AmximatensosuportveldeterminadapelajunoJ2(polarizaodireta)eporJ1(polarizaoreversa).ComoJ1divide2regiesmuitodopadas,concluisequeumIGBTnosuportatenseselevadasquandopolarizadoreversamente.
OsIGBTsapresentamumtiristorparasita.Aconstruododispositivodevesertalqueeviteoacionamentodestetiristor,especialmentedevidoscapacitnciasassociadasregioP,aqualrelacionaseregiodogatedotiristorparasita.Osmodernoscomponentesnoapresentamproblemasrelativosaesteelementoindesejado.
Figura1.27.EstruturabsicadeIGBT.
1. Caractersticasdechaveamento
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18/06/2015 1.COMPONENTESSEMICONDUTORESRPIDOSDEPOTNCIA
http://www.dsce.fee.unicamp.br/~antenor/htmlfile/cap1.html 19/19
AentradaemconduosimilaraoMOSFET,sendoumpoucomaislentaaquedadatensoVce,umavezqueistodependedachegadadosportadoresvindosdaregioP+.
Paraodesligamento,noentanto,taisportadoresdevemserretirados.NosTBPsistosedpeladrenagemdosportadoresviabase,oquenopossvelnosIGBTs,devidoaoacionamentoisolado.AsoluoencontradafoiainclusodeumacamadaN+,naqualataxaderecombinaobastantemaiselevadadoquenaregioN.Destaforma,aslacunaspresentesemN+recombinamsecommuitarapidez,fazendocomque,pordifuso,aslacunasexistentesnaregioNrefluam,apressandoaextinodacargaacumuladanaregioN,possibllitandoorestabelecimentodabarreiradepotencialeobloqueiodocomponente.
1. AlgunsCritriosdeSeleo
Umprimeirocritrioodoslimitesdetensoedecorrente.OsMOSFETpossuemumafaixamaisreduzidadevalores,ficando,tipicamenteentre:100V/200Ae1000V/20A.
JosTBPeIGBTatingempotnciasmaiselevadas,indoat1200V/500A.
ComooacionamentodoIGBTmuitomaisfcildoqueodoTBP,seuusotemsidocrescente,emdetrimentodosTBP.
Outroimportantecritrioparaaseleoreferesesperdasdepotncianocomponente.Assim,aplicaesemaltafreqncia(acimade50kHz)devemserutilizadosMOSFETs.Emfreqnciasmaisbaixas,qualquerdos3componentespodemrespondersatisfatoriamente.
Noentanto,asperdasemconduodosTBPsedosIGBTssosensivelmentemenoresqueasdosMOSFET.
Comoregrabsica:emaltafreqncia:MOSFET
embaixafreqncia:IGBT