Introdução

A Eletrônica Industrial é uma das áreas mais novas da Eletrônica. Relaciona conhecimentos em muitos segmentos como: controle, instrumentação, circuitos elétricos e outras áreas. O estudo desta área possui uma importância fundamental, pois através dos experimentos é possível visualizar e compreender, consolidando então, conceitos que já foram estudados até então teoricamente.

Através dos dispositivos semicondutores de potência associados a circuitos eletrônicos discretos, torna-se possível acionar e controlar diversos tipos de cargas industriais. Como veremos no decorrer desse módulo.

A eletrônica de potência trata das aplicações de dispositivos semicondutores de potência, como tiristores e transistores, na conversão e no controle de energia elétrica em níveis altos, médios e baixos de potência, sendo utilizados em muitos sistemas eletrônicos, compreendendo equipamentos de informática, multimídia, comunicações, nas baixas potências, e sistemas industriais de manufatura e produção, nas altas potências. Essa conversão é normalmente de CA para CC ou vice-versa, enquanto os parâmetros controlados são tensão, corrente e frequência. Portanto, a eletrônica de potência pode ser considerada uma tecnologia interdisciplinar que envolve três campos básicos: a potência, a eletrônica e o controle.

As chaves semicondutoras de potência são os elementos mais importantes em  circuitos de eletrônica de potência. Os principais tipos de dispositivos semicondutores usados como chaves em circuitos de eletrônica de potência são: diodos, transistores bipolares de junção (BJTs), transistores de efeito de campo metal-óxido-semicondutor (MOSFETs), transistores bipolares de porta isolada (IGBTs), que são os que serão apresentados nesse módulo.

• Aplicações de dispositivos semicondutores de eletrônica de potência
• Controle e acionamentos de máquinas elétricas
• Controladores industriais
• Controle de sistemas de aquecimento
• Controle de luminosidade
• Fontes de alimentação

Diodo

Há vários diodos desenvolvidos especificamente para suportar as demandas de alta potência e alta temperatura de algumas aplicações. O emprego mais frequente de diodos de potência ocorre no processo de retificação. A maioria dos diodos de potência é a base de silício, devido às altas correntes e temperaturas. Para que flua uma corrente elevada, a área da junção deve ser maior, reduzindo, assim, a resistência do diodo. Se essa resistência direta fosse muito grande, as perdas I²R seriam excessivas.

As altas temperaturas resultantes do fluxo denso de corrente exigem, na maioria dos casos, que sejam utilizados dissipadores de calor para escoar o calor do elemento.

Diodo semicondutor é um elemento ou componente eletrônico composto de um cristal semicondutor de silício ou germânio numa película cristalina cujas faces opostas são dopadas por diferentes materiais durante sua formação, o que causa a polarização de cada uma das extremidades.

É o tipo mais simples de componente eletrônico semicondutor, usado como retificador de corrente elétrica entre outras aplicações. Possui uma queda de tensão de, aproximadamente, 0,3 V (germânio) e 0,7 V (silício).

O diodo é um componente elétrico que permite que a corrente o atravesse num sentido com muito mais facilidade do que no outro. O tipo mais comum de diodo é o diodo semicondutor, no entanto, existem outras tecnologias de diodo. O termo “diodo” é habitualmente reservado a dispositivos para sinais baixos, com correntes iguais ou menores a 1 A.

O diodo funciona como uma chave de acionamento automático (fechada quando o diodo está diretamente polarizado e aberta quando o diodo está inversamente polarizado). A diferença mais substancial é que, quando diretamente polarizado, há uma queda de tensão no diodo muito maior do que aquela que geralmente se observa em chaves mecânicas (no caso do diodo de silício, 0,7 V). Assim, uma fonte de tensão de 10 V, polarizando diretamente um diodo em série com uma resistência, faz com que haja uma tensão de 9,3 V na resistência, pois 0,7 V ficam no diodo. Na polarização inversa, acontece o seguinte: o diodo faz papel de uma chave aberta, já que não circula corrente, não haverá tensão no resistor, a tensão fica toda retida no diodo, ou seja, nos terminais do diodo há uma tensão de 10 V.

A principal função de um diodo semicondutor, em circuitos retificadores de corrente, é transformar corrente alternada em corrente contínua pulsante. Como no semiciclo negativo de uma corrente alternada o diodo faz a função de uma chave aberta, não passa corrente elétrica no circuito (considerando o “sentido convencional de corrente”, do “positivo” para o “negativo”). A principal função de um diodo semicondutor, em circuitos de corrente contínua, é controlar o fluxo da corrente, permitindo que a corrente elétrica circule apenas em um sentido.

Transistores bipolares de junção (BJTs)