Disciplina: Eletrônica de Potência

Professor: Celton Ribeiro Barbosa

MOSFET de Potência

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Introdução

• É um transistor deefeito de campo(FET, doinglês field-effecttransistor) ;

• O TBJ é um dispositivocontrolado porcorrente, enquanto oFET é um dispositivocontrolado por tensão;

• Os MOSFETs podem serdo tipo depleção ouintensificação;

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MOSFET tipo Depleção

• Em alguns casos, osubstrato estáinternamenteconectado ao terminalde fonte;

• A porta (G) permaneceisolada por uma finacamada de óxido desilício;

• Não há conexão elétricadireta entre o terminalde porta e o canal deum MOSFET. Figura 1. MOSFET tipo depleção

canal N

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Operação básica e curvas características

Pinch off

MOSFET tipo depleção canal p

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Símbolos e Encapsulamento

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canal n canal p

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MOSFET tipo intensificação

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MOSFET tipo intensificação

• O nível de 𝑉𝐺𝑆 que produz um aumentosignificativo da corrente de dreno échamado de tensão de limiar, representadopelo símbolo 𝑉𝑇 ou 𝑉𝐺 𝑡ℎ

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MOSFET tipo intensificação

• Se 𝑉𝐺𝑆 se manterconstante e 𝑉𝐷𝑆 aumentar𝐼𝐷 atingirá um valor desaturação;

• A tensão entre dreno e fonte é dada por:

𝑉𝐷𝐺 = 𝑉𝐷𝑆 − 𝑉𝐺𝑆• O estreitamento do canal

na região de dreno é denominado pinch-off

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MOSFET tipo intensificação

MOSFET tipo intensificação

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• A corrente de dreno é dada por:𝐼𝐷 = 𝑘 𝑉𝐺𝑆 − 𝑉𝑇

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• O termo 𝑘 é uma constante que é uma função da estrutura do dispositivo;

MOSFET tipo intensificação canal p

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Símbolos e encapsulamento

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Canal n Canal p

Diferença de símbolos entre MOSFET tipo depleção e intensificação

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IntensificaçãoCanal n

IntensificaçãoCanal p

Depleçãocanal n

Depleçãocanal p

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MOSFET de potência• Podem atingir frequências

de até 1 MHz;

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Região de drift

Diodo

Canal n

Canal p

TBJ

terminal

Região de drift

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• Segundo Balinga (2008) a tensão de ruptura em um junção pn é dada por:

𝐵𝑉 𝑆𝑖 = 5,34 × 1013𝑁𝐷−34

Onde,

– 𝐵𝑉 𝑆𝑖 - Tensão de ruptura do silício;

– 𝑁𝐷- Quantidade de portadores;

Região de drift

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Características estáticas• Região Ohmica

– O canal apresentaresistência constante(𝑅𝐷𝑆(𝑜𝑛))

– Geralmente 𝑅𝐷𝑆(𝑜𝑛) éencontrado nosdatasheets

– As perdas no MOSFETsão dadas por:𝑃 = 𝑅𝐷𝑆(𝑜𝑛) ⋅ 𝐼𝐷

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– O MOSFET opera naregião Ohmica quando:

𝑉𝐷𝑆 < 𝑉𝐺𝑆 − 𝑉𝑇𝐻 e 𝑉𝐺𝑆 > 𝑉𝑇𝐻

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Características estáticas• Região de corte

– Sem formação decanal;

– Ocorre quando:

𝑉𝐷𝑆 > 0 e 𝑉𝐺𝑆 < 𝑉𝑇• Região ativa

– Opera comoamplificador;

– Ocorre quando:

𝑉𝐷𝑆 > 𝑉𝐺𝑆 − 𝑉𝑇𝐻 e 𝑉𝐺𝑆 > 𝑉𝑇𝐻

20Características de chaveamento• As capacitância não são

lineares e dependem daestrutura e tensão depolarização do MOSFET;

• A fonte de correntecontrolada por tensão podeser representada pelaequação:

21Características de chaveamento

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Análise do MOSFET quando é ligado

• O diodo é considerado ideal;

• O indutor é a carga, 𝐿 é elevado e garante que 𝐼𝐷 é constante;

23Análise do MOSFET quando é ligado: tempo 𝑡1

24Análise do MOSFET quando é ligado: tempo 𝑡2

25Análise do MOSFET quando é ligado: tempo 𝑡3

26Análise do MOSFET quando é ligado: tempo 𝑡4• O valor de 𝑉𝐷𝑆 é igual:

27Análise do MOSFET quando é desligado:

28Área de operação segura (SOA)

Aplicações

• Conversores Buck, Boost, inversores

ReferênciasBOYLESTAD, Robert L. Dispositivos eletrônicos e teoria de circuitos– 11.ed. – São Paulo: Pearson Education do Brasil, 2013

RASHID, M. H. Eletrônica de potência: circuitos, dispositivos e aplicações- Sâo Paulo: Makron Books, 1999.

RASHID, M. H. Power Electronics Handbook. 4 ed. Florida: Elsevier,2017.

BALIGA, B. J. Fundamentals of Power Semiconductor Devices . New York – USA: Springer, 2008.

Obrigado pela atenção