Razões económicas sempre exigiram que a conversão de energia eléctrica maximizasse o rendimento do processo. Os conversores electrónicos de potência, com dispositivos semicondutores de potência, devem, então, funcionar de modo que a potência dissipada nesses semicondutores seja minimizada, o que exclui o funcionamento dos semicondutores na zona activa. Os dispositivos semicondutores de potência devem, então, funcionar nas zonas de corte e de saturação/resistência constante, dependendo do tipo semicondutor.
Um dispositivo semicondutor de potência funciona em comutação se estiver alternadamente em cada um dos dois estados distintos seguintes (figura 1)
Figura 1
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o estado de condução - CONDUZ - (ON, ou estado ligado), no qual o semicondutor opõem uma queda de tensão desprezável (idealmente nula) à passagem da corrente eléctrica que o atravessa, comportando-se como uma ligação entre os terminais a que estão conectados os terminais de potência do dispositivo semicondutor, como se fosse um interruptor eléctrico fechado (ou ligado). Dependendo do tipo de semicondutor, este estado corresponde à zona de saturação ou de resistência constante;
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o estado de corte - CORTE - (OFF, ou estado desligado), no qual o semicondutor opõem uma impedância muito elevada (idealmente infinita) à passagem da corrente eléctrica, o que suprime praticamente a ligação eléctrica entre os terminais a que estão conectados os terminais de potência do dispositivo semicondutor, comportando-se como um interruptor eléctrico aberto (ou desligado). Este estado corresponde à zona de corte dos dispositivos semicondutores de potência.
A transição (ou comutação) entre estes dois estados depende do tipo de semicondutor:
Nos de tipo díodo , as tensões e correntes do circuito impõe o seu estado. Nos semicondutores de condução comandada (tiristores de rectificação) o estado depende, não só das tensões e correntes do circuito, mas também e fundamentalmente do estado eléctrico do terminal de comando (a porta). Nos semicondutores de condução e corte comandados (transistores bipolares e unipolares, tiristores GTO, MCT, SITh) o estado depende do estado eléctrico do terminal de comando, desde que respeitadas as condições de polarização directa.
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um dispositivo semicondutor do tipo díodo CONDUZ se a corrente i que o atravessa, no sentido ânodo-cátodo é positiva, podendo iniciar esta CONDUÇÃO sempre que esteja polarizado directamente (tensão u entre ânodo e cátodo positiva) . O díodo passa ao estado de CORTE se a corrente i tender para um valor nulo ou negativo. O díodo mantém-se no CORTE enquanto a tensão ânodo-cátodo for negativa (polarização inversa) (figura 2).
Figura 2
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num dispositivo semicondutor de condução e corte comandados (transistores, tiristores GTO, MCT, SITh) o estado depende do estado eléctrico (das tensões ou das correntes) do terminal de comando, desde que respeitadas as condições de polarização directa, o estado de corte ou condução dependende geralmente que forem aplicadas no seu terminal de comando (figura 3).
Figura 3
Então é NECESSÁRIO GARANTIR que:
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a tensão aos terminais de potência do semicondutor não seja substancialmente negativa quando estiver no estado de CORTE (para garantir esta exigência, pode usar um díodo montado em antiparalelo);
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a corrente que atravessa os terminais de potência do semicondutor não seja negativa quando estiver no estado de CONDUÇÃO, excepto em certos dispositivos de efeito de campo (o mesmo díodo montado em antiparalelo permite cumprir esta exigência)
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um semicondutor de condução comandada (tiristor de rectificação) está no estado de CORTE se estiver polarizado inversamente (tensão ânodo-cátodo negativa) e mantém-se ao CORTE se esta tensão se tornar positiva (polarização directa) depois do tempo de recuperação inversa. Polarizados directamente, os tiristores de rectificação podem ser disparados, injectando um impulso positivo de corrente na porta, passando ao estado de CONDUÇÃO. O dispositivo mantém-se no estado condutor, até que a corrente ânodo-cátodo tenda a ser negativa, o que implica sua passagem ao estado de CORTE (passam ao corte no primeiro zero da corrente anódica, ficando polarizados inversamente) (figura 4).
Figura 4
