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

18/06/2015 1.COMPONENTESSEMICONDUTORESRPIDOSDEPOTNCIA

http://www.dsce.fee.unicamp.br/~antenor/htmlfile/cap1.html 2/19

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.

18/06/2015 1.COMPONENTESSEMICONDUTORESRPIDOSDEPOTNCIA

http://www.dsce.fee.unicamp.br/~antenor/htmlfile/cap1.html 3/19

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.

18/06/2015 1.COMPONENTESSEMICONDUTORESRPIDOSDEPOTNCIA

http://www.dsce.fee.unicamp.br/~antenor/htmlfile/cap1.html 4/19

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

18/06/2015 1.COMPONENTESSEMICONDUTORESRPIDOSDEPOTNCIA

http://www.dsce.fee.unicamp.br/~antenor/htmlfile/cap1.html 5/19

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.

18/06/2015 1.COMPONENTESSEMICONDUTORESRPIDOSDEPOTNCIA

http://www.dsce.fee.unicamp.br/~antenor/htmlfile/cap1.html 6/19

Figura1.6.TiposdeconexodocircuitodebaseemximastensesVce.

Figura1.7Caractersticaestticadetransistorbipolar.

1. readeOperaoSegura(AOS)

AAOSrepresentaaregiodoplanoVcexIcdentrodaqualoTBPpodeoperarsemsedanificar.Afigura1.8mostraumaformatpicadeAOS.

Figura1.8.AspectotpicodeAOSdeTBP

A:Mximacorrentecontnuadecoletor

18/06/2015 1.COMPONENTESSEMICONDUTORESRPIDOSDEPOTNCIA

http://www.dsce.fee.unicamp.br/~antenor/htmlfile/cap1.html 7/19

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,

18/06/2015 1.COMPONENTESSEMICONDUTORESRPIDOSDEPOTNCIA

http://www.dsce.fee.unicamp.br/~antenor/htmlfile/cap1.html 8/19

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.

18/06/2015 1.COMPONENTESSEMICONDUTORESRPIDOSDEPOTNCIA

http://www.dsce.fee.unicamp.br/~antenor/htmlfile/cap1.html 9/19

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

18/06/2015 1.COMPONENTESSEMICONDUTORESRPIDOSDEPOTNCIA

http://www.dsce.fee.unicamp.br/~antenor/htmlfile/cap1.html 10/19

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

18/06/2015 1.COMPONENTESSEMICONDUTORESRPIDOSDEPOTNCIA

http://www.dsce.fee.unicamp.br/~antenor/htmlfile/cap1.html 11/19

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

18/06/2015 1.COMPONENTESSEMICONDUTORESRPIDOSDEPOTNCIA

http://www.dsce.fee.unicamp.br/~antenor/htmlfile/cap1.html 12/19

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,

18/06/2015 1.COMPONENTESSEMICONDUTORESRPIDOSDEPOTNCIA

http://www.dsce.fee.unicamp.br/~antenor/htmlfile/cap1.html 13/19

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:

18/06/2015 1.COMPONENTESSEMICONDUTORESRPIDOSDEPOTNCIA

http://www.dsce.fee.unicamp.br/~antenor/htmlfile/cap1.html 14/19

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".

18/06/2015 1.COMPONENTESSEMICONDUTORESRPIDOSDEPOTNCIA

http://www.dsce.fee.unicamp.br/~antenor/htmlfile/cap1.html 15/19

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.

18/06/2015 1.COMPONENTESSEMICONDUTORESRPIDOSDEPOTNCIA

http://www.dsce.fee.unicamp.br/~antenor/htmlfile/cap1.html 16/19

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

18/06/2015 1.COMPONENTESSEMICONDUTORESRPIDOSDEPOTNCIA

http://www.dsce.fee.unicamp.br/~antenor/htmlfile/cap1.html 17/19

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

18/06/2015 1.COMPONENTESSEMICONDUTORESRPIDOSDEPOTNCIA

http://www.dsce.fee.unicamp.br/~antenor/htmlfile/cap1.html 18/19

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

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