Aula 7 - EP - Proteção Diodos e Tiristores de Potência

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Fundação Educacional de Barretos Faculdade de Engenharia Elétrica

Eletrônica de Potência

Aula 7:

Proteção de Diodos e Tiristores de Potência

Profo Cesar A. M. Amêndola Revisão: 03 em 08.01.2007

Proteção de Diodos e Tiristores de Potência Classificação 1. Proteção contra Sobreaquecimento: “ Dissipadores de calor.

2. Proteção contra dv/dt: “ Circuitos Snubber.

3. Proteção contra di/dt: “ Indutores de Anodo.

4. Proteção contra Sobretensão: “ Varistores.

5. Proteção contra Sobrecorrente: “ Fusíveis.

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Proteção – Sobreaquecimento Perdas na Condução e no Chaveamento

“ Observações: “Diodos e Tiristores → Comutação Natural; “Considerar somente Perdas na Condução.

Proteção – Sobreaquecimento Potência Média Dissipada pelo Dispositivo t1

Pavg

1 = ⋅ ∫ v(t ) ⋅ i (t ) dt T t0

Sendo: Pavg - Potência média dissipada pelo dispositivo, [W]; v(t) - Tensão no dispositivo quando em condução, [V]; i(t) - Corrente do dispositivo quando em condução, [A].

“ Outros Meios de Estimativa de Pavg:

“ Software (específico ou simulador de circuitos); “ Osciloscópios digitais.

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Proteção – Sobreaquecimento Potência Média Dissipada pelo Dispositivo 2 Pavg = VD ⋅ I avg + RD ⋅ I rms

Sendo: Pavg VD RD Iavg Irms

- Potência média dissipada pelo dispositivo, [W]; - Tensão no dispositivo quando em condução (datasheet), [V]; - Resistência do dispositivo quando em condução (datasheet), [Ω]; - Corrente média através do dispositivo, [A]; - Corrente eficaz através do dispositivo, [A].

Proteção – Sobreaquecimento Dissipação do Calor Gerado na Pastilha

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Proteção – Sobreaquecimento Dimensionamento do Circuito Térmico

TJ − TC = Pmed ⋅ RthJC

Proteção – Sobreaquecimento Dissipador – Generalidades “ Dispositivo de alumínio: “ Baixo custo; “ Pouco peso; “ Boa condutividade térmica.

“ Dotado de aletas: “ Aumento da área de troca de calor.

“ Será melhor se: “ For montado verticalmente → Efeito Chaminé; “ Tiver superfície lisa na cor preta;

“ Caso seja necessário: “ Pode-se utilizar circulação forçada do ar (ventiladores); “ Pode-se utilizar refrigeração a água.

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Proteção – Sobreaquecimento Dissipador – Definição da Resistência Térmica RthDA =

Cf 3,3 ⋅ C f + 650 ⋅ [º C / W ] A 4 ⋅ λ ⋅W

Sendo: λ W A Cf

- Condutância térmica, [W/ºC.cm]; - Espessura do dissipador, [mm]; - Área de troca de calor, [cm2]; - Fator relativo a montagem e a superfície.

Proteção – Sobreaquecimento Dissipador – “ λ ” e “ Cf ” λ

Cf

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Proteção – Sobreaquecimento Dissipador – Efeito da Ventilação Forçada

Proteção – Sobreaquecimento Dissipador – Interfaces Cápsula / Dissipador Típicas

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Proteção – Sobreaquecimento Dissipador – Perfis Típicos

Proteção – Sobreaquecimento Dissipador – Perfis Típicos

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Proteção – Sobreaquecimento Dissipador – Perfis Típicos

Proteção – dv/dt Snubber – Generalidades e Dimensionamento “ Proteção contra excesso de dv/dt: “ Chaveamento de Cargas Indutivas → Transitórios de sobretensão; “ Circuitos RC em paralelo → VAK dentro de limites aceitáveis.

VAK (max ) dv = 0,632 ⋅ dt RSNUBBER ⋅ CSNUBBER

RSNUBBER =

VAK (max ) I DESCARGA

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Proteção – di/dt Indutores de Anodo – Generalidades e Dimensionamento “ Proteção contra excesso de di/dt: “ Cargas Resistivas → Altas taxas de crescimento da corrente; “ Circuitos L em série → Amortecem a taxa de crescimento da corrente.

di VAK (max ) = dt LSNUBBER

Proteção – Sobretensão Varistores – Definição, Estrutura e Curvas Características

Os varistores são dispositivos semicondutores cuja impedância varia dependendo da tensão aplicada aos seus terminais.

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Proteção – Sobretensão Varistores – Funcionamento e Aplicação São instalados em paralelo ao dispositivo que deve ser protegido.

Desta forma, na ocorrência de um pico de sobretensão, a impedância do varistor diminui e, durante alguns µs (pulso de sobretensão IEC 20x8[µs]), ele conduz uma corrente “Ip” enquanto dissipa uma potência “Ws” e mantém a tensão em seus terminais em um nível seguro. .

Proteção – Sobretensão Varistores – Dimensionamento

1) Pulsos IEC de 8x20[µs]; 2) 104 vezes durante a vida útil; 3) 1 vez durante a vida útil.

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Proteção – Sobretensão Varistores – Curvas Características Semikron

Proteção – Sobrecorrente Fusíveis – Aparência

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Proteção – Sobrecorrente Fusíveis – Formas de Onda de Corrente no Fusível

Proteção – Sobrecorrente Fusíveis – Dimensionamento We = ∫ (R ⋅ i 2 )dt = R ⋅(i 2t ) 1444424444 3 Energia de Ruptura do Elemento Fusível

Principais parâmetros para o dimensionamento do fusível: “ O fusível deve conduzir continuamente a corrente nominal do dispositivo; “ O valor do “i2t” do fusível deve ser menor que o “i2t” nominal do dispositivo; “ Ao abrir, o fusível deve ser capaz de suportar a sobretensão do circuito; “ A tensão máxima do arco deve ser menor que a especificação do dispositivo.

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Proteção – Sobrecorrente Fusíveis – Exemplos de Aplicação

Proteção de Diodos e Tiristores de Potência Exercício 01 Dimensionar todas as proteções e esboçar os diagramas esquemáticos completos dos circuitos de potência para: a) b) c)

Retificador não-controlado do “Exercício 03” da “Aula 3”; Retificador controlado do “Exercício 02” da “Aula 5”; Controlador de tensão CA do “Exercício 01” da “Aula 6”.

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Proteção de Diodos e Tiristores de Potência Final da Aula

Dúvidas? Final do Curso!!!

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