TR-ELECTRONICA MCT

1

MCT(MOS-Controlled Thyristor) 2011

ITERGRANTES DO GRUPO

Augusto Tchual Francisco Xavier Sadraque de Jesus Bartolomeu

|

1


PREÂMBULO

O presente trabalho foi realizado por estudantes do curso de Engenharia Electromecânica da UNIPIAGET. Nele encontrará conceitos sobre MCT (MOS-Controlled Thyristor), componente utilizado em electrónica de potência.

Neste trabalho terá noções sobre o seu funcionamento e aplicações.

Apesar de ter um carácter avaliativo, é dirigido aos estudantes deste curso e a todos os que pretendem aumentar os seus conhecimentos sobre o tema.

Esperamos que façam bom proveito deste trabalho e que lhes seja de ajuda.

|

1


INDICE

DIFINICAO DE TERMOS…………………………………………………………………. 4

ITRODUCAO……………………………………………………………………………… 5

OBJECTIVOS………………………………………………………………………………. 6

CAPITULO 1Noção de MCT ………………………………………………………………………………7

CAPITULO 2PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO DOS MCT …………………………………………...8

CAPITULO 3Comparação entre P-MCT e N-MCT……………………………………………………… 10

APLICACAO ………………………………………………………………………………11

CONCLUSAO ……………………………………………………………………………. 12

ANEXO ……………………………………………………………………………………13

BIBLIOGRAFIA……………………………………………………………………………14

|

1


DEFINIÇÃO DE TERMOS

IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) O IGBT alia a facilidade de accionamento dos MOSFET com as pequenas perdas em condução dos TBP (Transistor Bipolar de Potência).

O GTO (Gate Turn-Off Thyristor) possui uma estrutura de 4 camadas, típica dos componentes da família dos tiristores. Sua característica principal é sua capacidade de entrar em condução e bloquear através de comandos adequados no terminal de gate.

MCT (MOS-Controlled Thyristor) é um novo tipo de dispositivo semicondutor de potência que associa as capacidades de densidade de corrente e de bloqueio de tensão típicas dos tiristores, com um controle de entrada e de saída de condução baseado em dispositivos MOS. Isto é, enquanto um GTO tem o gate controlado em corrente, o MCT opera com comandos de tensão.

MOSFET um método e um dispositivo para controlar o fluxo de uma corrente eléctrica entre dois terminais de um sólido condutor.

|

1


ITRODUCAO

A Electrónica de potência é largamente utilizada em produtos de alta potência como: controle de motores, iluminação, fontes de potência, sistemas de accionamento de veículos, transmissão de energia eléctrica HVDC (High-Voltage Direct-Current).

Os componentes semicondutores utilizados em electrónica de potência podem ser divididos em cinco tipos:

1- Diodos de potência;2- Tiristores;3- Transistor bipolar de potência - BJT;4- Transistor Mosfet de potência - MOSFET;5- Transistor bipolar com gate isolado - IGBT.

Dentro da família dos Tiristores existem uma infinidade de componentes que podem ser utilizados em Electrónica de potência, como:

- SCR: Silicon Controlled Rectifier;- GTO: Gate Turn-Off;- LASCR: Light-Activated Silicon Controlled Rectifier;- RCT: Reverse-Conducting Thyristor;- SITH: Static Induction Thyristor;- GATT: Gate Assisted Turn-Off;- MCT: MOS-Controlled Thyristor;- TRIAC: Triode-AC.

O nome tiristor engloba uma família de dispositivos semicondutores que operam em regime chaveado, tendo em comum uma estrutura de 4 camadas semicondutoras numa sequência p-n-p-n, apresentando um funcionamento biestável.

O tiristor é formado por quatro camadas semicondutoras, alternadamente p-n-p-n, possuindo 3 terminais: ânodo e cátodo, pelos quais flui a corrente, e a porta (ou gate) que, a uma injecção de corrente, faz com que se estabeleça a corrente anódica.

Apesar das vantagens do uso dos tiristores convencionais (SCR), outros dispositivos de chaveamento de potência foram desenvolvidos ao longo dos últimos anos. A partir da metade da década de 80, começaram a surgir os dispositivos híbridos, utilizando a tecnologia bipolar (dos transístores de junção) e a tecnologia MOS (Metal Óxido Semicondutor). Estes novos dispositivos apresentam como vantagens a baixa perda de condução, alta velocidade de chaveamento e baixa potência de controlo. Dentre as mais recentes inovações podemos citar: o IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) e o MCT (MOS Controlled Thyristor), que será foco deste estudo.

|

1


OBJECTIVOS

Objectivo geral Realizamos este trabalho com o objectivo de melhorarmos os nossos conhecimentos a

respeito do tema, de modos que possamos tirar maior proveito da disciplina de electrónica de potencia.

Objectivos específicos Saber o que é, um MCT, Como funciona um MCT Como ligar e desligar um MCT Aplicações do MCT

|

1


CAPITULO 1Noção de MCT

O MCT (MOS-Controlled Thyristor) é um recente dispositivo semicondutor de potência que junta as capacidades de densidade de corrente e de bloqueio de tensão típicas dos tiristores, possuindo um controle de entrada e de saída de condução baseado em dispositivos MOS fig. 01.

fig. 01 Representação simbólica de um MCT e curva característica.

Isto é, enquanto um GTO tem o gate controlado em corrente, o MCT opera com comandos de tensão, em outras palavras isto quer dizer que possui um terminal de controle de comutação (porta) que o torna um tiristor completamente controlável, isto é o MCT é semelhante ao tiristor de GTO na operação, apesar de diferir deste na tecnologia: o MCT é constituído de dois transístores MOSFETs em seu circuito equivalente, sendo um deles responsável pela comutação de ligamento e o outro responsável pela comutação de desligamento.

Os MCTs apresentam uma facilidade de comando muito superior aos GTOs. Sem se esquecer que o baixo ganho de corrente que um GTO apresenta no desligamento, exigindo um circuito de comando relativamente complexo.

Assim, por ser baseado na tecnologia dos dispositivos MOS (Metal-Oxide-Semiconductor), um MCT possui uma elevada impedância de porta (porta isolada) e enquanto um GTO tem a porta controlada em corrente, um MCT é controlado por tensão: a comutação do MCT é comandada pela aplicação de diferentes níveis de tensão à porta, a qual funciona pelo princípio de campo eléctrico, praticamente sem consumo de corrente, típico de um dispositivo de MOS.

Historia

Os MCTs ainda (1995) não haviam atingido níveis de tensão e de corrente comparáveis aos dos GTOs, estando limitados a valores da ordem de 2000V e 600A.

O fato do MCT ser construído por milhares de pequenas células, muito menores do que as células que formam os GTOs, faz com que, para uma mesma área semicondutora, a capacidade de corrente dos MCTs seja menor do que um GTO equivalente. Mas esta é uma limitação tecnológica actual, associada à capacidade de construírem-se maiores quantidades de células com certeza de funcionamento correcto.

|

1


CAPITULO 2PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO DOS MCTs

Considerando o modelo de dois transístores para um tiristor, um MCT pode ser representado como mostrado na fig.02. Nesta figura também se mostra uma secção transversal de uma célula do dispositivo. Um componente é formado pela associação em paralelo de milhares de tais células construídas numa mesma pastilha.

fig.02 Circuito equivalente de MCT canal P; corte transversal de uma célula e símbolo do componente.

Em um MCT de canal P (P-MCT) o MOSFET responsável pela entrada em condução do tiristor (on-FET) é também de canal P, sendo levado à condução pela aplicação de uma tensão negativa no terminal de porta. Estando o ânodo positivo, a condução do on-FET realiza uma injecção de portadores na base do transístor NPN, levando o componente à condução. Uma vez que o componente é formado pela associação de dezenas de milhares de células, e como todas elas entram em condução simultaneamente, o MCT possui excelente capacidade de suportar elevado di/dt.

O MCT permanecerá em condução até que a corrente de ânodo caia abaixo do valor da corrente de manutenção (como qualquer tiristor), ou então até que seja activado o off-FET, o que se faz pela aplicação de uma tensão positiva no gate.

A condução do off-FET, ao curto-circuitar a junção base-emissor do transístor PNP (é possível também uma estrutura que curto-circuita as junções base-emissor de ambos os transístores), reduz o ganho de corrente para um valor menor do que 1, levando ao bloqueio do MCT. A queda de tensão deve ser menor que Vbe.

O MCT não apresenta o efeito Miller, de modo que não se observa o patamar de tensão sobre o terminal de porta, o qual pode ser modelado apenas como uma capacitância. Esta capacidade de desligamento está associada a uma intensa interdigitação entre o off-FET e as junções, permitindo absorver portadores de toda superfície condutora do ânodo (e do cátodo).

|

1


Assim como um GTO assimétrico, o MCT não bloqueia tensão reversa acima de poucas dezenas de volts, uma vez que as camadas n+ ligadas ao ânodo curto-circuitam a junção J1, e a junção J3, por estar associada a regiões de dopagem elevada, não têm capacidade de sustentar tensões mais altas. É possível, no entanto, fazê-los com bloqueio simétrico, também sacrificando a velocidade de chaveamento.

O sinal de porta deve ser mantido, tanto no estado ligado quanto no desligado, a fim de evitar comutações (por "latch-down" ou por dv/dt) indesejáveis.

A fig. 03 mostra uma comparação entre a queda de tensão entre os terminais principais, em função da densidade de corrente, para componentes (MCT, IGBT e MOSFET).

Nota-se que o MCT apresenta tensões muito menores do que os transístores, devido à sua característica de tiristor. Ou seja, as perdas em condução deste dispositivo são consideravelmente menores, representando uma de suas principais características no confronto com outros componentes.

Mantendo o off-FET operando durante o estado bloqueado, tem-se que a corrente de fuga circula por tal componente auxiliar, resultando numa melhoria na capacidade de bloqueio, mesmo em altas temperaturas. Devido a este desvio da corrente através do MOSFET, o limite de temperatura está associado ao encapsulamento, e não a fenómenos de perda da capacidade de bloqueio. Isto significa que é possível operá-los em temperaturas bem mais elevadas do que os outros componentes como, por exemplo, 250ºC.

fig. 03 Comparação entre componentes para 600V, com 1 µs de tempo de desligamento, desprezando a resistência do encapsulamento.

Devido à elevada densidade de corrente, e consequente alto limite de di/dt, suportável pelo MCT, circuitos amaciadores devem ser considerado basicamente para o desligamento, podendo ser implementados apenas com um capacitor entre ânodo e cátodo, uma vez que a descarga deste sobre o MCT no momento da comutação ao ligamento, não é um problema.

|

1


CAPITULO 3Comparação entre P-MCT e N-MCT

É possível construir MCTs que são ligados por um MOSFET de canal N, e desligado por um MOSFET de canal P. Este componente entra em condução quando um potencial positivo é aplicado ao terminal de porta, desligando com uma tensão negativa. Como o ânodo está em contacto apenas com uma camada P, este dispositivo é capaz de sustentar tensões com polarização reversa fig. 04.

Sabe-se que um MOSFET canal N é mais rápido e apresenta menor queda de tensão do que um MOSFET canal P.

fig. 04 Circuito equivalente de MCT canal N; corte transversal de uma célula e símbolo do componente.

Assim, um P-MCT, por ser desligado por um MOSFET canal N é capaz de comutar uma corrente de ânodo 2 a 3 vezes maior do que a que se obtém em um N-MCT. Em contraposição, por ser ligado por um MOSFET canal P, a entrada em condução é mais lenta do que a que se tem em um N-MCT.

A queda no MOSFET deve ser menor que 0,7V, para garantir que o TBP não conduza. Esta queda de tensão se dá com a passagem da totalidade da corrente de ânodo pelo MOSFET.

|

1


APLICACAO

fig. 05 Aplicação de tiristores

Como se pode observar na figura acima, existe uma diversidade de produtos que fazem uso de tiristores, tendo uma adaptação para cada caso.

|

1


CONCLUSAO

Foi muito bom e agradecemos imenso a oportunidade cedida pelos docentes, realizamos o trabalho e terminamos com muito conhecimentos a respeito dos MCTs e não só, uma base mais sólida sobre a electrónica de potência.

Podemos assim, perceber o funcionamento e a aplicação dos MCTs, e descobrimos que são tecnologias em evolução e que devemos estar sempre atentos a estas evoluções porque estão sendo aplicadas cada vez mais nas coisas que utilizamos no nosso dia-a-dia como no caso de aparelhos mostrados na fig. 05.

Aconselhamos a todos a lerem mais um pouco sobre o tema, e a universidade, a nos dar a possibilidade de termos contacto com estes elementos usados em electrónica de potência.

|

1


ANEXO

fig. 06: Faixa comercial de operação de alguns componentes utilizados em electrónica de potência.

|

1


BIBLIOGRAFIA

Internet www.google.com/MCT www.pdf-search-engine.com/ MCT www.ebah.com/MOS-Controlled Thyristor

Livros Yasuhiko Ikeda: Gate Turn-Off Thyristors. Hitachi Review, vol 31, no. 4, pp 169-172,

Agosto 1982 V. A. K. Temple: Advances in MOS-Controlled Thyristor Technology. PCIM, Novembro

1989, pp. 12-15. MCT User's Guide. Harris Semiconductors

|

http://www.ebah.com/MOS-Controlled

http://www.google.com/MCT

TR-ELECTRONICA MCT

Documents

Transcript of TR-ELECTRONICA MCT