Perdas de energia em interruptores

um interruptor ideal é mostrado na Figura 1. A perda de energia gerada no interruptor é o produto da corrente através do interruptor e da tensão através do interruptor. Quando o interruptor está desligado, não há corrente através dele (embora haja uma voltagem VS através dele). E, portanto, não há dissipação de energia. Quando o interruptor Está ligado, ele tem uma corrente (VS / RL) através dele, mas não há queda de tensão sobre ele, então novamente não há perda de energia. Nós também assumimos que para uma mudança ideal o tempo de Ascensão e queda da corrente é zero. Isto é, a mudança ideal do estado desligado para o estado on (e vice-versa) instantaneamente. A perda de energia durante a comutação é, portanto, zero.

ao contrário de um interruptor ideal, um interruptor real, como um transistor de junção bipolar, tem duas principais fontes de perda de energia: perda de condução e perda de comutação.

perda de condução

quando o transístor na Figura 2 (A), está desligado, transporta uma corrente de fuga (lLEAK). A perda de energia associada à corrente de fuga é POFF = VS x ILEAK . No entanto, uma vez que a corrente de vazamento é bastante pequena e não varia significativamente com a tensão, é geralmente negligenciada e, portanto, a perda de energia transistor é essencialmente zero. Quando o transistor Está ligado, Como Na Figura 2(b), ele tem uma pequena queda de tensão sobre ele. Esta tensão é chamada de tensão de saturação (VCE (SAT)). A dissipação de potência ou perda de condução do transistor devido à tensão de saturação é:

PON = VCE(SAT) x IC

Onde

IC = (VS – VCE(SAT)) / RL≈ VS / RL

Equação 1 apresenta a perda de energia devido a condução se o interruptor permanece indefinidamente. No entanto, para controlar a potência de uma dada aplicação, o interruptor é ligado e desligado de forma periódica. Portanto, para encontrar a perda de energia de tensão devemos considerar o ciclo de funcionamento:

PON(avg) = VCE(SAT) x Ic x (ION / T) = VCE(SAT) x IC x d

da mesma forma

POFF(avg) = VS x ILEAK x toff’ / T

Aqui, o ciclo de trabalho d é definido como a porcentagem do ciclo em que o interruptor está ligado:

d = tON / (tON x toff’ ) = tonelada / T

Comutação de Perda

além da condução de perda, uma real opção de perdas de comutação porque ele não pode mudar de estado para estado (ou vice-versa) instantaneamente. Um interruptor real leva um tempo finito tSW (ligado)para ligar e um tempo finito tSW(desligado) para desligar. Estes tempos não só introduzem dissipação de energia, mas também limitam a maior frequência de comutação possível. Os tempos de transição tSW (ON)e tSW(OFF) para interruptores reais geralmente não são iguais, com tSW(ON) geralmente sendo maior. No entanto, nesta discussão vamos assumir que tSW(ON) é igual a tSW (OFF). Figura 3. Mostra a mudança de formas de onda para (a) a tensão através do interruptor e (b) A corrente através dele. Quando o interruptor está desligado, a tensão através dele é igual à tensão da fonte. Durante a ativação, que leva um tempo finito, a tensão através do interruptor diminui para zero. Durante o mesmo tempo, a corrente através do interruptor aumenta de zero para IC. O transistor tem uma corrente através dele e uma tensão através dele durante o tempo de comutação; portanto, tem uma perda de energia.

para encontrar a potência dissipada num transistor durante o intervalo de comutação, multiplicamos o valor instantâneo de IC e o valor correspondente de VCE. a curva de potência instantânea é apresentada na Figura 3(c). a energia dissipada no interruptor é igual à área sob a forma de onda de energia. Note – se que a potência máxima é dissipada quando a corrente e a tensão estão passando por seus valores de ponto médio. Portanto, a perda máxima de energia ao mudar do Estado de desligamento para o estado on é:

PSW ON(max) = 0,5 VCE(max) x 0.5 IC (max)

é interessante notar que a curva de potência se parece essencialmente com uma onda sine retificada. O valor médio desta forma de onda é

PSW ON (avg) = 0, 637 x PSW ON(máx)

= 0, 637 x 0, 5 VCE (máx) x 0, 5 IC(máx.)

= 0.167 VCE(max) x IC(max)

Ou

PSW EM(avg) = 1/6 VCE(max) x IC(max)

A perda de energia (potência x tempo) durante o turno será PSW EM(avg) x tSW(EM)

WSW EM = 1/6 VCE(max) x IC(max) x tSW(NO) (j)

Uma análise semelhante dá a perda de energia durante o trevo como

WSW OFF = 1/6 VCE(max) x IC(max) x tSW(NO) (j)

O total de perda de energia em um ciclo, devido à mudança é dada por

S = S O + S OFF + 1/6 VCE(max) x IC(max.) x

A média de dissipação de energia no interruptor

PSW = S/T = WSW x f

PSW = 1/6 VCE(max) x IC (max) x x f

em que T é o período de comutação E f é a taxa de repetição de impulsos (frequência de comutação). Observe que

T = tON + tSW(NA) + toff’ + tSW(OFF)

Se deixarmos

tSW(NA) = tSW(EM) tSW(OFF) = tSW

então

PSW = 1/6 VCE(max) x IC(max) x (2 tSW) x f

O total de perda de alimentação de interruptor é

PT = PON(avg) + POFF(avg) + PSW

≈ PON(avg) + PSW

= d x VCE(sat) x IC 1/3 x VCE(max) x IC(max.) x tSW x f

Diodo

Principais Classificações para os Diodos

Diodo de Análise de Circuitos

Tensão-Corrente Característica do Diodo

Formação de depleção da camada de Diodo

Túnel Díodo