Eletronica de potencia

Eletrônica de Potência - Cap. 1

J. A. Pomilio

1. COMPONENTES SEMICONDUTORES DE POTÊNCIA
A figura 1.1 mostra uma distribuição dos componentes semicondutores, indicando limites aproximados (2004) para valores de tensão de bloqueio, corrente de condução e freqüência de comutação. Obviamente estes limites evoluem com o desenvolvimento tecnológico e servem como uma ilustração para a verificação, numa primeira aproximação, das faixas de potência em que cada componente pode ser utilizado.
Tensão

Tiristores
IGCT
5kV
GTO e IGCT
4kV
3kV

Corrente
IGBT

2kV

1kHz

TBP

10kHz
1kV

MOSFET

100kHz
2kA

4kA

6kA

1MHz

Freqüência

Figura 1.1 Limites de operação de componentes semicondutores de potência.
1.1 Breve Revisão da Física de Semicondutores
A passagem de corrente elétrica em um meio depende da aplicação de um campo elétrico e da existência de portadores livres (usualmente elétrons) neste meio. Em metais, como o cobre ou a prata, a densidade de portadores livres (elétrons) é da ordem de 1023/cm3, enquanto nos materiais isolantes, como o quartzo ou o óxido de alumínio, o valor é da ordem de 103/cm3. Os chamados semicondutores, como o silício, têm densidades intermediárias, na faixa de 108 a
1019/cm3. Nos condutores e nos isolantes, tais densidades são propriedades dos materiais, enquanto nos semicondutores estas podem ser variadas, seja pela adição de “impurezas” de outros materiais, seja pela aplicação de campos elétricos em algumas estruturas de semicondutores. 1.1.1 Os portadores: elétrons e lacunas
Átomos de materias com 4 elétrons em sua camada mais externa (C, Ge, Si, etc.), ou ainda moléculas com a mesma propriedade, permitem o estabelecimento de ligações muito
DSCE – FEEC – UNICAMP

2006

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J. A. Pomilio

estáveis, uma vez que, pelo compartilhamento dos elétrons externos pelos átomos vizinhos
(ligação covalente), tem-se um arranjo com 8 elétrons na camada de valência, como ilustra a figura 1.2.

elétrons
compartilhados