CAPÍTULO - 1 ESTUDO DOS COMPONENTES EMPREGADOS EM ELETRÔNICA DE POTÊNCIA (DIODOS E TIRISTORES)

CAPÍTULO - 1

ESTUDO DOS COMPONENTES EMPREGADOS EM

ELETRÔNICA DE POTÊNCIA (DIODOS E TIRISTORES)

1.1

-

O

D

IODO

1.1.a - Diodo Ideal

O diodo ideal está representado na figura 1.1.

-C F v_F + A i

Fig. 1.1 - Representação do diodo ideal.

A sua característica tensão corrente está representada na figura 1.2.

i_F

v_F

Para tensões vF > 0, o diodo apresenta resistência nula. Para tensões vF < 0, ele apresenta

resistência infinita. Assim o diodo ideal, quando polarizado diretamente, não apresenta nenhuma perda de energia. Quando polarizado inversamente, é capaz de bloquear uma tensão infinita. Tais características são as de um interruptor ideal.

1.1.b - Característica Estática de um Diodo Real

A característica estática de um diodo real está representada na figura 1.3.

Tal característica é estabelecida experimentalmente para cada diodo. Em condução, ele é representado por uma força-eletromotriz V(TO) associada em série com uma resistência rT. A

equivalência está representada na figura 1.4.

i_F v_F V(TO) VRRM IR 1 r_T

Fig. 1.3 - Característica estática de um diodo real.

-C

F

v

_F F

+

A

i

i

A

V

(TO)

+

C

r

_T

-v

F

Fig. 1.4 - Circuito equivalente de um diodo.

A tensão reversa máxima que o diodo pode bloquear é limitada. Na figura essa tensão está representada por VRRM. Tensões superiores a esse valor são destrutivas para o componente,

porque ele entra em condução, mantendo a tensão elevada e conseqüentemente gerando grande quantidade de calor na junção.

Constata-se também que, quando polarizado inversamente, circula no diodo uma corrente de baixo valor.

A título de exemplo, estão apresentados abaixo alguns dados de um diodo de potência, obtidos em catálogo de fabricante.

Diodo : SKN20/08 VRRM = 800V

V(TO) = 0,85V

rT = 11m

Corrente média  20A (para Tcápsula = 125 o

C) IR = 0,15mA

1.1.c - Perdas em Condução

Quando o diodo encontra-se em condução, a potência que nele é perdida e convertida em calor é dada pela expressão (1.1).

PV_(TO)I_Dmedr I_{T Def}2 _(1.1) Onde:

IDmed = Valor médio da corrente.

IDef = Valor eficaz da corrente.

A expressão (1.1) é genérica, podendo ser empregada para qualquer forma de onda.

1.1.d - Características Dinâmicas dos Diodos

Inicialmente serão analisados os fenômenos associados ao bloqueio de um diodo. Seja a estrutura representada na figura 1.5.

I

i_F D L L

i_S S E

Fig. 1.5 - Circuito para o estudo da comutação de um diodo.

Inicialmente o interruptor S encontra-se bloqueado. Na malha LD circula a corrente IL

Na figura, representa a indutância parasita do circuito. Quando S é fechado, a corrente do indutor L é transferida do diodo para S. Essa mudança de um ramo para outro chama-se comutação.

Na comutação mostrada o diodo se bloqueia.

As seqüências do bloqueio estão descritas nas figuras 1.6 e 1.7.

C representa a capacitância de recuperação do diodo. Qrr representa a carga armazenada

em C quando o diodo está conduzindo.

Durante a comutação a corrente IL será considerada constante. Assim:

i_Si_F I_L (1.2) C + -Q_rr iF I iD D _L L i_S S E

Fig. 1.6 - Estudo da comutação do diodo.

Após S ser fechado, a corrente iF começa a decrescer. A sua velocidade de

decrescimento depende de E e segundo a relação (1.3). di

dt

E F _{ }

 (1.3)

Após a corrente no diodo ideal ter se anulado, ocorre a descarga do capacitor C. Nesse intervalo a corrente iD torna-se negativa, até que Qrr seja toda evacuada (Figura 1.7).

IRM I D -+ v_D IRM L L IL I S RM E

Fig. 1.7 - Estudo da comutação do diodo.

Quando Qrr se anula, o diodo se bloqueia. O indutor provoca uma sobretensão sobre o

diodo, que pode ser destrutiva. Essa sobretensão pode ser evitada se for colocado um circuito RC em paralelo com o diodo. As formas de onda estão representadas na figura 1.8.

i_F I_L tr t t ri rr t E t3 t2 t1 t0 VD IRM Vpico Qrr di dt E F _{ }

Fig. 1.8 - Tensão e corrente em um diodo durante o bloqueio.

Pode-se obter os valores de trr e de IRM com o emprego das expressões empíricas (1.4) e

(1.5). t Q di dt rr rr F        3 (1.4) I Q di dt RM   rr F   4 3 (1.5)

O valor de Qrr é dado pelo fabricante do diodo. O valor de di_F dt depende do circuito e

é estabelecido pelo projetista.

Segundo as expressões (1.4) e (1.5) tanto o tempo de recuperação do diodo quanto o pico da corrente inversa dependem de Qrr. Quanto menor Qrr, mais rápido será o diodo.

Os diodos, quanto à velocidade de recuperação, são classificados em rápidos, ultra-rápidos e lentos. Por exemplo, para correntes até 50A e tensões de 500V, os diodos ultra-rápidos apresentam trr menores que 200ns e os diodos ultra-rápidos apresentam trr menores que 70ns. Os

diodos comuns, empregados em retificação de baixa freqüência apresentam trr superiores a 1s.

No circuito apresentado na figura 1.5 não há uma impedância que limite o valor de pico da corrente inversa. No circuito representado na figura 1.9 a corrente inversa é limitada pelo resistor r. D r L S E

A forma de corrente do diodo está apresentada na figura 1.10. i_F trr t IRM di dt F

Fig. 1.10 - Corrente do diodo para a figura 1.9. Para o caso da figura 1.9 são empregados as seguintes expressões:

I E r RM  (1.6) t Q I I di dt rr rr RM RM F  0,63 ( ) (1.7)

Serão considerados a seguir os fenômenos associados à entrada em condução de um diodo.

Seja o circuito representado na figura 1.11.

E

F

v_F i

R

Fig. 1.11 - Circuito para o estudo da comutação do diodo.

Com o circuito apresentado pode-se impor no diodo a corrente cuja forma está representada na figura 1.12. i_F v_F t Io t FP V V_F 2V rf t R_D t di dt F

Verifica-se a existência de um certo tempo para que o diodo entre em condução. É o tempo de entrada em condução e pode variar de 0,1 a 1,5s. O valor de pico da tensão em alguns casos pode alcançar valores próximos de 40V.

O que explica o atraso e a sobretensão é a existência de uma variação da resistência do diodo, mostrado na figura 1.12.

Os fenômenos mostrados só aparecem quando o diodo é atacado por uma fonte de corrente.

A experiência mostra que nos circuitos de baixa tensão, onde o diodo não pode ser atacado em corrente, o diodo introduz no circuito um atraso considerável na corrente.

Como no caso do bloqueio, o emprego de diodos rápidos reduz o valor de VFP e do

tempo de entrada em condução trf.

1.1.e - Perdas na Comutação

As perdas nos diodos na entrada em condução são representadas pela expressão (1.8).

P₁0 5, (V_FPV_F)I t_{o rf} f (1.8)

Para freqüências inferiores a 40KHz essas perdas podem ser ignoradas. As perdas que ocorrem no bloqueio são calculadas com a expressão (1.9).

P₂Q E f_{rr (1.9)}

Sendo f a freqüência das comutações e E a tensão aplicada no diodo após a comutação.

1.1.f - Emprego dos Diodos Rápidos

Há um grande número de aplicações em que o emprego do diodo rápido é de grande interesse ou mesmo indispensável. Em seguida serão apresentados alguns casos típicos.

a) Retificação a freqüência elevada

Nesses casos o emprego de diodos rápidos diminui as perdas nas comutações e diminui a rádio-interferência.

b) Conversores a transistor

Tome-se como exemplo a estrutura apresentada na figura 1.13.

Quando o transistor entra em condução, o diodo inicialmente em condução se bloqueia. A corrente de pico inversa do diodo circula pelo transistor. Se o diodo não for rápido, tal corrente pode ser destrutiva para o transistor.

D

I

T E

Fig. 1.13 - Circuito que utiliza um diodo rápido.

1.2

-

O

T

IRISTOR

1.2.a - Tiristor Ideal

O tiristor ideal está representado na figura 1.14. Além do anodo e do catodo, possui o gatilho, que é utilizado para o disparo.

-C

T

v

_T

i

G

+

A

i

Fig. 1.14 - Representação do tiristor ideal.

A característica estática ideal do tiristor está representada na figura 1.15.

i_T

v_T

1 2

3

Disparo

Fig. 1.15 - Característica estática ideal do tiristor.

O tiristor sem corrente de gatilho é representado na figura 1.15 pelas retas 1 e 2. Assim sendo, ele bloqueia tanto as tensões positivas quanto as negativas. Com corrente de gatilho, ele passa a ser representado pelas retas 1 e 3, assumindo portanto a característica de um diodo. Por isto é denominado também de diodo controlado. Em inglês é também conhecido por SCR (“Silicon Controlled Rectifier”).

1.2.b - Característica Estática Real dos Tiristores.

A exemplo do diodo, a característica real do tiristor apresenta modificações importantes em relação à característica ideal. Tais modificações podem ser verificadas na figura 1.16.

As tensões máximas que o tiristor consegue bloquear, tanto direta quanto inversa, são limitadas. i_T v_T VAKM V_RM 1 2 3

Fig. 1.16 - Característica estática real de um tiristor. Curvas 1 e 2 - Sem corrente de gatilho. Curvas 1 e 3 - Com corrente de gatilho.

As demais não idealidades já mencionadas para o diodo são também válidas para o tiristor. Em condução o tiristor é também representado por uma força-eletromotriz em série com uma resistência, como está representado na figura 1.17.

-C

T

v

_T T

+

A

i

i

A

V

+

T(TO)

C

r

T

-v

_T

Fig. 1.17 - Circuito equivalente do tiristor.

1.2.c - Perdas em Condução

PV_{T TO( )}I_Tmed r I_{T Tef}2 (1.10) Onde:

ITmed e ITef são os valores médio e eficaz da corrente que o tiristor conduz.

1.2.d - Características Dinâmicas dos Tiristores

Inicialmente será estudado o comportamento do tiristor no disparo. Seja o circuito representado na figura 1.18. O tiristor encontra-se inicialmente bloqueado. No instante to o

interruptor S é fechado. R T + T v -S VG iG E

Fig. 1.18 - Circuito para o estudo do disparo do tiristor. As formas de onda estão representadas na figura 1.19.

vG t t IG iG G 10% I vT 90% E 10% E t tr td ton

Fig. 1.19 - Formas de onda relativas ao disparo do tiristor. São empregadas as seguintes denominações:

ton - tempo de fechamento.

td - tempo de retardo.

t_on t_d t_r (1.11) O tempo de retardo, que é o maior componente do tempo ton, depende:

a) da amplitude da corrente de gatilho;

b) da velocidade de crescimento da corrente de gatilho. O tempo tr independe da

corrente de gatilho. Em geral o valor de ton é superior a 1s e inferior a 5s.

Na figura 1.20 estão representadas duas correntes de gatilho com formas diferentes. i

t G

1 2

Fig. 1.20 - Formas da corrente de gatilho. Curva 1 - Disparo lento.

Curva 2 - Disparo rápido.

A seguir será considerado o comportamento do tiristor no bloqueio. Seja a estrutura representada na figura 1.21.

R S

E2 T iT

E₁

Fig. 1.21 - Circuito para o estudo do tiristor no bloqueio.

Inicialmente o interruptor S encontra-se aberto. O tiristor T encontra-se em condução. Para iniciar o bloqueio de T, S é fechado. Os fenômenos associados ao bloqueio são semelhantes àqueles já descritos para o diodo. As formas de onda estão representadas na figura 1.22.

E₁ i_T tq tinv t₁ t₀ VT I_RM E₂ t Qrr 2 E + V

Fig. 1.22 - Formas de onda relativas ao bloqueio do tiristor.

No instante t1 o interruptor S é novamente aberto. O tiristor encontra-se bloqueado e

retém a tensão E1.

O tempo tq é especificado pelo fabricante do tiristor. É denominado tempo mínimo de

aplicação de tensão inversa. Para que o tiristor readquira o poder de bloqueio é necessário, após a sua corrente ter-se anulado, aplicar uma tensão inversa durante um tempo superior a tq.

Quando se trata de comutação forçada, o tempo tq é um dado fundamental. Quanto

menor o tq, melhor é o tiristor. Poderá operar com freqüências mais elevadas, com menores

perdas na comutação e com circuitos auxiliares de comutação forçada de menor custo.

Infelizmente o tiristor não pode ser comandado pelo gatilho no bloqueio. Esse é o seu maior ou talvez único inconveniente. Atualmente estão sendo produzidos os GTO’s (“Gate Turn-Off Thyristors”) que podem ser bloqueados pelo gatilho. Para os tiristores rápidos tem-se:

10s < tq < 200s

1.3

-

C

ÁLCULO

T

ÉRMICO

1.3.a - O Problema

A corrente que circula no componente produz calor, tanto na condução quanto na comutação. Esse calor gerado deve ser transferido para o ambiente. Caso contrário a temperatura da junção se eleva acima dos limites máximos permitidos e provoca a inutilização do componente. A corrente máxima e portanto a potência máxima que um diodo de potência ou tiristor pode processar é limitada apenas pela temperatura da junção.

Assim, a determinação do dissipador e das perdas em um componente é de importância prática fundamental.

1.3.b - Cálculo Térmico em Regime Permanente

Para o cálculo térmico será empregado o circuito equivalente representado na figura 1.23. P Rj c Rcd Rda T_a T_d T_c T_j

Fig. 1.23 - Circuito térmico equivalente de um componente.

As grandezas representadas na figura 1.23 são definidas do seguinte modo: Tj - temperatura da junção (oC).

Tc - temperatura da cápsula (oC).

Td - temperatura do dissipador (oC).

Ta - temperatura ambiente (oC).

P - potência térmica produzida pela corrente que circula no componente e sendo transferida ao meio ambiente (W).

Rjc - resistência térmica entre a junção e cápsula (oC/W).

Rcd - resistência térmica entre o componente e dissipador (oC/W).

Rda - resistência térmica entre o dissipador e o ambiente ( o

C/W). Rja - resistência térmica entre a junção e o ambiente (

o

C/W).

R_ja R_jcR_cd R_da (1.12)

A equação empregada para o cálculo térmico de um componente é a seguinte:

T_jT_a R_jaP (1.13)

Existe uma analogia com um circuito elétrico resistivo, representado na figura 1.24.

R

V2

I

V1

O objetivo do cálculo térmico é evitar que a temperatura máxima da junção alcance valores próximos da máxima temperatura permitida.

É adotado o seguinte procedimento:

a) P - é calculado a partir das características do componente e da corrente que por ele circula.

b) Tj - fornecida pelo fabricante do componente.

c) Ta - valor adotado pelo projetista.

d) com a expressão (1.14) determina-se a resistência térmica total.

R T T

P ja

j a

  (1.14)

e) com a expressão (1.15) determina-se a resistência térmica do dissipador.

As resistências térmicas Rjc e Rcd são fornecidas pelo fabricante do componente (diodo

ou tiristor).

R_da R_jaR_jc R_cd (1.15)

Com um catálogo de dissipadores pode-se escolher o mais conveniente. Caso o valor encontrado não seja comercial, deve ser escolhido o valor menor mais próximo.

1.3.c - Transitório - Conceito de Impedância Térmica

Seja um diodo no qual não circula corrente para t < to. A sua temperatura de junção é

igual à temperatura ambiente Ta.

No instante to começa a dissipar uma potência constante P. A capacidade térmica do

componente impede que a temperatura cresça abruptamente. Ela cresce exponencialmente como está representado na figura 1.25.

T

_j

P

t

_o

t

T

_a

T



A diferença de temperatura instantânea é dada pela expressão (1.16).

TZ P_t (1.16)

Onde Zt representa a impedância térmica, que é variável com o tempo.

Seja o circuito térmico equivalente incluindo a capacidade térmica, representado na figura 1.26. P C P P1 P R T_j 2 Ta Fig. 1.26 - Circuito térmico transitório.

PP₁P₂ (1.17) R P C P dt Tj Ta T 2 1 1 



   (1.18) RdP dt P C 2 _ 1 (1.19) Assim: RdP dt P C P C 2 _ 2 _ (1.20) dP dt P RC P RC 2 _ 2 _ (1.21) Resolvendo-se a equação (1.21) obtém-se a equação (1.22).

T P R e Z t RC t             1 (1.21)

A dedução feita adota algumas simplificações.

O valor exato de Zt é fornecido pelo fabricante do componente.

O conceito de impedância térmica é muito importante quando o componente funciona com correntes impulsivas (grande intensidade e curta duração).

Convém salientar que a impedância térmica é análoga à impedância elétrica, grandeza muito conhecida na teoria de circuitos elétricos.

1.4

-

C

URVAS PARA

C

ÁLCULO

T

ÉRMICO DE

D

IODOS E

T

IRISTORES

a) Diodos

(a) (b)

Fig. 1.27.a - Potência dissipada PFmed em função da corrente direta média Imed, para corrente contínua pura (cont.), para meia-onda senoidal (sin.180) e para ondas retangulares (rec.60) e (rec.120). Fig. 1.27.b - Temperatura da cápsula Tc em função da temperatura ambiente Ta para diferentes

resistências térmicas Rthca.

Fig. 1.28 - Impedância térmica transitória Z(th)t para corrente contínua pura, em função do tempo t. A impedância térmica para correntes impulsivas Z(th)p, é obtida pela soma dos valores dados pela tabela

b) Tiristores

(a) (b)

Fig. 1.29.a - Potência dissipada PTmed em função da corrente média ITmed, para diferentes ângulos de condução, para correntes senoidais.

Fig. 1.29.b - Potência dissipada PTmed em função da temperatura ambiente Ta, para diferentes resistências térmicas totais junção-ambiente, Rthja.

Fig. 1.30 - Potência dissipada PTmed em função da corrente média ITmed, para diferentes ângulos de condução, para correntes retangulares.

Fig. 1.31 - Resistência térmica entre junção e a cápsula, Rthjc, em função do ângulo de condução para correntes senoidais e retangulares. Para corrente contínua pura, deve ser tomada Rthjc cont.

Fig. 1.32 - Impedância térmica em função do tempo. As curvas são interpretadas como as da figura 1.28. Para tempos grandes a impedância térmica tende assintoticamente para um valor constante igual a

resistência térmica em regime permanente. Para tempos pequenos a impedância depende do dissipador empregado e das condições de ventilação.

Na tabela é dada a resistência térmica cápsula-ambiente Rthca para vários dissipadores,

c) Relação de Dissipadores Semikron **

DIODOS DISSIPADORES Massa

Resistência Térmica (Incluindo a Resistência de contato

cápsula-dissipador Aproximada Convecção Natural Ventilação Forçada 6m/s SKN12, SKR12 K9 - M4 50g 10,5oC/W - SKN20, SKR20 SKN26, SKR26 SKNa20 K9 - M4 K5 - M6 K3 - M6 K1,1 - M6 50g 100g 200g 700g 9,5oC/W 5,7oC/W 3,8oC/W 2,2oC/W - - - - SKN45, SKR45 SKN70, SKR70 K5 - M8 K3 - M8 K1,1 - M8 P1/120 - M8 100g 200g 700g 1300g 5,0oC/W 3,0oC/W 1,3oC/W 0,85oC/W - - 0,60oC/W 0,40oC/W SKN100, SKR100 SKN130, SKR130 K3 - M12 K1,1 - M12 P1/120 - M12 K0,55 - M12 200g 700g 1300g 2000g 3,1oC/W 1,2oC/W 0,65oC/W 0,65OC/W - 0,40oC/W 0,27oC/W 0,25oC/W SKN240, SKR240 K1,1 - M16x1,5 K0,55 - M16x1,5 P1/120 - M16x1,5 P1/120 - M16x1,5 P4/200 - M16x1,5 700g 2000g 1300g 2200g 4000g 1,1oC/W 0,55oC/W 0,58oC/W 0,40OC/W 0,29OC/W 0,35oC/W 0,17oC/W 0,21oC/W 0,17OC/W - SKN320, SKR320 K0,55 - M24x1,5 K0,1 F K0,05 W P1/200 - M24x1,5 P4/200 - M24x1,5 P4/300 - M24x1,5 2000g 2150g 900g 2200g 4000g 6000g 0,55oC/W - - 0,40oC/W 0,29OC/W 0,25OC/W 0,17oC/W 0,11oC/W 0,065oC/W* 0,16OC/W - - (*) - Refrigeração por água.

(**) - O formato e as dimensões dos dissipadores poderão ser obtidos diretamente com o fabricante.

1.5

-

E

XEMPLO DE

C

ÁLCULOS

T

ÉRMICOS

a) Retificador de Meia Onda a Diodo

Seja a estrutura representada na figura 1.33. D R v(t) f 60Hz R  10 v(t) 2 220 sen(t) D = SKN20/04 Fig. 1.33 - Retificador de meia onda a diodo.

O objetivo do cálculo é determinar a resistência térmica do dissipador a ser empregado para manter a temperatura da junção abaixo do limite estabelecido pelo fabricante.

A partir da relação de dados técnicos fornecidos pelo fabricante, obtém-se: Rjc = 2 o C/W (Rthjc) Rcd = 1 o C/W (Rthch) Tj = 180 o C (Tvj) V(TO) = 0,85V rT = 11m

Seja Ta = 50oC (Ta = temperatura ambiente)

a.1) Cálculo das correntes no diodo Seja a corrente representada na figura 1.34.

    t V_o 2

Fig. 1.34 - Corrente no diodo.

I V R A Dmed  o    0 45 0 45 220 10 9 9 , , , I V R A Def  o    0 707 0 707 220 10 15 55 , , ,

a.2) Cálculo da potência dissipada PV_(TO)I_Dmedr I_{T Def}2

P0 85 9 9 11 10,  ,   3( ,15 55) 2 P8 415, 2 660, 11 07, W

Há um método mais rápido para se determinar a potência. Com o valor médio da corrente e a forma de onda, entra-se na figura 1.27.a do catálogo de diodo do fabricante. Assim para Imed = 9,9A e uma senóide de 180o obtém-se P  11W.

a.3) Cálculo do dissipador TP R( _jc R_cdR_da) R T P R R T P da   jc cd        2 1 130 11 3 R_da 8 8, oC W/  R_da R_cd 8 8 1,  9 8, oC W/

Para realizar o cálculo do dissipador é possível também o emprego das curvas oferecidas pelo fabricante. Ainda na figura 1.27.b, tomando-se Ta = 50oC e P  11W, obtém-se

Rca 11 o

C/W, assim Rda 11 - 1 = 10 o

C/W.

É recomendável portanto o emprego do dissipador K5, cuja resistência térmica é igual a 5,7 oC/W.

a.4) Temperaturas resultantes para o dissipador escolhido

P=11W = 2,0 Rjc o C/W Rcd = 1,0 o C/W Rda = 4,7 o C/W T_a50oC T_d T_c T_j T_j P R_ja T_a 11 2 ( 5 7, )50 T_j 134 7, oC T_c P R( _cd R_da)T_a  11 5 7, 50 T_j112 7, oC

b) Retificador de Meia Onda a Tiristor

Seja a mesma estrutura, para R = 8 e  = 60o. Seja o tiristor SKT16 com os seguintes parâmetros: Rjc = 0,94 o C/W (obtida na figura 1.31) Rcd = 0,5 o C/W Tj = 130 o C  = 120o

b.1) Cálculo da corrente média I V R Tmed  o     0 225 1 0 225 220 10 1 0 5 , ( cos ) , ( , ) I_Tmed 9 28, A

b.2) Cálculo da potência média

Entrando-se na figura 1.29.a com  = 120o, ITmed = 9,28A obtém-se P = 17,5W.

b.3) Cálculo do dissipador

Entrando-se na figura 1.29.b com Ta = 50 o C e P = 17,5W obtém-se: R_ja 4 5, oC W/ Mas: R_ja R_jc R_cd R_da Assim: R_da R_ja R_jcR_cd 4 5, 0 94, 0 5, R_da 3 06, oC W/

Caso os dissipadores previstos para o tiristor SKT16/04 não satisfaçam, restam dois recursos: empregar ventilação forçada ou um tiristor com maior capacidade em corrente.

c) Impedância Transitória

Seja o diodo SKN20 montado em um dissipador K5 inicialmente com corrente nula e à temperatura ambiente igual a 30oC. Determinar o valor máximo de uma corrente contínua que ele pode conduzir durante um tempo de 1s, de modo que a temperatura de junção não ultrapasse o valor limite de 180oC. Solução:

T

j

1s

180 Co

i

_F o 30 C

I

Entrando-se na figura 1.28 com t = 1s obtém-se Z(th)t 1,5 o C/W. Z_{(th t)} PT_jT_a P T T Z W j a th t      ( ) , 180 30 1 5 100

PV_(TO)Ir I_T 2 I V r I P r TO T T 2_ ( ) _{ 0} Assim: I V r V r P r V V e r m TO T TO T T TO T              ( ) ( ) ( ) , 2 2 0 85 11 2  I        0 85 0 022 0 85 0 022 100 0 011 2 , , , , , I64A

d) Temperatura Média Instantânea de Junção

Seja o tiristor SKT16 conduzindo uma corrente com a forma de onda indicada na figura abaixo. Determinar a temperatura média e máxima da junção.

I=20A t Dados do Tiristor: VT(TO) = 1,0V rT = 20m  = 180o PV_{T TO( )}Ir I_T 2 P 1 200 020 20,  2 28W (Potência Instantânea) Seja f = 50Hz Assim: t T f ms      2 1 2 1 2 50 10 P_med  P       W 2 1 10 0 02 1414 2 28 2 14 2 ( ) , ( , )

Seja o dissipador K5. Assim:

R_thja 0 80, 5 5, 6 30, oC W/ Seja Ta = 30oC. Assim:

T_j 6 30 14,  30118 20, oC (Temperatura Média) Para t = 10ms, da figura 1.32 obtém-se:

Z_{(th t)} 0 15, oC W/ T_j  P Z_{(th t)} 28 0 15 , 4 2, oC T o 120,30 C t o 116,10 C j o 118,20 C 10ms 20ms

Verifica-se assim que para f = 50Hz a temperatura da junção varia de 120,30oC até 116,1oC. Por mais surpreendente que possa parecer, tal fenômeno ocorre porque em relação aos tempos envolvidos as constantes de tempo térmicas são baixas.