T4-6out25
Cristiano Mesquita - a59437 | Bernardo Cardoso - a54445
Rafael Guadalupe - a46151 | Hugo Rocha -a58890
Diogo Andrade - a55730 | Fabrício Paz- m323040
Tabela de presenças
Data/Local:
Cristiano
Mesquita
a59437
Bernardo Cardoso
a54445
Rafael Guadalupe
a46151
Diogo Andrade
a55730
Fabrício Paz
m323040
Hugo Rocha
a58890
BAR IPB (1-10-2025)
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Biblioteca IPB (8-10-2025)
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Biblioteca IPB (15-10-2025)
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Biblioteca IPB (22-10-2025)
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Biblioteca IPB (29-10-2025)
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Biblioteca IPB (5-11-2025)
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Biblioteca IPB (12-11-2025)
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Biblioteca IPB (19-11-2025)
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Biblioteca IPB (26-11-2025)
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Biblioteca IPB (03-12-2025)
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x
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x
Qual é a forma de onda da tensão (Vd ) à saída de
uma ponte retificadora monofásica a díodos, em
ponte completa
Fig.1- Forma de onda da Tensão Vd
Fig.2- Ponte retificadora completa
Qual é a expressão da tensão (Vd), corrente (I_d e
Id,rms) e da potência na carga (P_d)?
O que é um semicondutor do tipo N e do
tipo P?
•
•
•
•
O "N" vem de Negativo.
Obtém-se dopando o silício com elementos
que têm 5 eletrões de valência, como o
fósforo.
O silício tem 4 ligações possíveis.
O fósforo, liga-se e deixa 1 eletrão livre para
se deslocar. Os portadores maioritários são
eletrões livres e as lacunas minoritárias
O que é um semicondutor do tipo N e do
tipo P?
•
•
•
•
•
O "P" vem de Positivo.
Obtém-se dopando o silício com elementos
que têm 3 eletrões de valência como o boro.
O silício necessita de 4 ligações, mas o boro
só fornece 3.
Fica uma lacuna, que se comporta como
carga positiva a qual é móvel, faltando um
eletrão.
Os portadores maioritários são ausências de
eletrões, ou seja, os eletrões são minoritários.
O que é uma junção PN?
•
•
•
•
•
•
Uma junção PN é o contacto entre um semicondutor tipo P e um semicondutor tipo N.
No lado P existem lacunas e no lado N existem eletrões livres.
Quando em contacto, os eletrões movem-se para o lado P e as lacunas para o lado N.
Ao difundir-se, os eletrões juntam-se com as lacunas, criando a camada de depleção.
Essa região passa a ter iões fixos (positivos no lado N e negativos no lado P), criando um
campo elétrico interno.
O campo elétrico formado impede a passagem de eletrões e lacunas, criando uma
barreira eletricamente neutra no meio das duas junções.
Como é constituído um MOSFET?
• n⁺ (Regiões Fonte e Dreno)
Regiões fortemente dopadas com impurezas do tipo N (
excesso de eletrões).
Fonte (Source) → onde os eletrões entram.
Dreno (Drain) → por onde os eletrões saem.
• Substrato tipo P (ou corpo P)
Região de base do semicondutor, dopada com impurezas
tipo(excesso de lacunas). Quando a porta está desligada,
o substrato forma duas junções PN com as regiões N⁺,
bloqueando a passagem de corrente.
MOSFET de sinal
• Óxido de Silício (SiO₂)
Camada isolante entre a porta (Gate) e o semicondutor.
Evita passagem de corrente contínua entre Gate e o canal.
Permite o controlo apenas por tensão.
• 4,Gate (Porta)
Elétrodo metálico sobre o óxido.
O que é (fisicamente) um MOSFET ?
•
•
•
Sem tensão entre a Gate e Source: o canal não existe (ou está bloqueado pela
junção PN entre Source/Drain e o substrato).- O MOSFET está desligado.
Com tensão entre a Gate e Source: a carga aplicada na porta cria um campo
elétrico através do óxido. Esse campo atrai portadores no substrato (ex:
eletrões se for canal N), formando um canal condutor entre Source e Drain.
Assim, a corrente flui entre Source e Drain sem a Gate gastar corrente (porque
está isolada pelo óxido), porém é necessário que V_GS > V_TH. (tensão de
threshold)
T4-13out25
Cristiano Mesquita - a59437 | Bernardo Cardoso - a54445
Rafael Guadalupe - a46151 | Hugo Rocha - a58890
Diogo Andrade - a55730 | Fabrício Paz - m323040
Tabela de presenças
Data/Local:
Cristiano
Mesquita
a59437
Bernardo Cardoso
a54445
Rafael Guadalupe
a46151
Diogo Andrade
a55730
Fabrício Paz
m323040
Hugo Rocha
a58890
BAR IPB (1-10-2025)
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Biblioteca IPB (8-10-2025)
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Biblioteca IPB (15-10-2025)
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Biblioteca IPB (22-10-2025)
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Biblioteca IPB (29-10-2025)
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Biblioteca IPB (5-11-2025)
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Biblioteca IPB (12-11-2025)
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Biblioteca IPB (19-11-2025)
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Biblioteca IPB (26-11-2025)
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Biblioteca IPB (03-12-2025)
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x
O que é (fisicamente) um MOSFET
de potência?
Porta (Gate) é um contacto metálico em cima do óxido.
Fontes (Source) e Dreno (Drain) são duas regiões muito dopadas
com impurezas (N+ ou P+) implantadas no substrato. A camada
de metal que é depositada diretamente sobre a região N+ ou P+
serve como contacto elétrico.
Drift de silício dopado.
Camada finíssima de óxido de silício que isola eletricamente o
canal da porta (Gate) e permite que o campo elétrico passe pelo
semicondutor modulando a condução do canal.
E como funciona?
•
Quando a tensão Gate-Source (𝑉gs ) = 0 V: O canal entre Drain e
Source não existe (sem condução → MOSFET "desligado").
•
Quando 𝑉gs > 𝑉th (tensão de limiar): Um campo elétrico atrai eletrões
sob a camada de óxido, formando um canal condutivo N entre o
Drain e o Source.
•
•
→O MOSFET liga e permite a passagem de corrente (𝐼ds ).
Controlo de corrente: A corrente entre Drain e Source é proporcional
à tensão aplicada no Gate (no modo linear) ou limitada apenas pela
carga (no modo saturação).
Como o Gate é isolado por um óxido (não há corrente contínua
fluindo nele), o controlo é feito por carga e descarga capacitiva, o
que permite comutação muito rápida — ideal para aplicações de
chaveamento.
Quais são as principais características
técnicas de um MOSFET (de potência)?
Parâmetro
Valor
Tipo de Canal
N-Channel
Tensão Máxima Drain-Source
55 V
Limite superior para aplicações de baixa
tensão.
55 V min
Tensão máxima que pode ser aplicada entre
o Drain e o Source sem rutura elétrica
()
Tensão de Rutura entre Drain e Source
(𝑩𝑽𝑫𝑺𝑺 )
Observações
Tensão Máxima Gate-Source (𝑽(𝑮𝑺) )
±20 V
Limite superior para a tensão entre Gate e
Source.
Corrente Máxima Drain (𝑰𝑫 )
64 𝐴( 25°C)
Corrente contínua máxima; depende da
temperatura do chip.
Resistência em Condução
16 𝑚Ω a 37 A, 𝑉(𝐺𝑆) = 10 V
Baixa resistência para minimizar perdas.
Tensão de Limiar (𝑽𝑮𝑺(𝑻𝑯))
2𝑉 < 4 𝑉 a 250 µ𝐴
Tensão mínima e máxima para iniciar a
condução.
Carga Total de Gate (𝑸𝒈 )
Máx. 89 𝑛𝐶 a 𝑉(𝐺𝑆) = 10 V
Influencia a velocidade de comutação.
Capacitância de Entrada
Máx. 1900 𝑝𝐹 a 𝑉(𝐷𝑆) = 25 V, f = 1 MHz
Relacionada à velocidade de comutação.
Quais são as principais
características técnicas de um
MOSFET (de potência)?
•
O gráfico (a) mostra como o
MOSFET transita entre a região de
corte, linear e de saturação,
dependendo da Tensão entre
Drain e Source (vᴅs) e a Tensão
entre Gate e Source (vɢs).
•
O gráfico (b) mostra como a
corrente de dreno varia com a
tensão entre Gate e Source,
destacando a tensão limiar e a
diferença entre comportamento
real e linear.
T4-20out25
Cristiano Mesquita - a59437 | Bernardo Cardoso - a54445
Rafael Guadalupe - a46151 | Hugo Rocha -a58890
Diogo Andrade - a55730 | Fabrício Paz- m323040
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Data/Local:
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a59437
Bernardo Cardoso
a54445
Rafael Guadalupe
a46151
Diogo Andrade
a55730
Fabrício Paz
m323040
Hugo Rocha
a58890
BAR IPB (1-10-2025)
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Biblioteca IPB (8-10-2025)
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Biblioteca IPB (15-10-2025)
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Biblioteca IPB (22-10-2025)
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Biblioteca IPB (29-10-2025)
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Biblioteca IPB (5-11-2025)
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Biblioteca IPB (12-11-2025)
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Biblioteca IPB (19-11-2025)
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Biblioteca IPB (26-11-2025)
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Biblioteca IPB (03-12-2025)
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x
Qual é o circuito equivalente do
MOSFET
Qual é o circuito equivalente do
MOSFET
Qual é o circuito equivalente do
MOSFET
Qual é o circuito equivalente do
MOSFET
Como funciona na entrada em condução
(características dinâmicas)?
Observações:
•
IG Carrega Cgs e Cgd1
•
O MOSFET fica em bloqueio
até Vgs = Vgs(th)
•
Após atingir Vgs(th) o
MOSFET começa a conduzir
Como funciona na entrada em condução
(características dinâmicas)?
Observações:
•
IG continua a carregar Cgs e
Cgd1
•
MOSFET transita para a zona
ativa
•
iD cresce proporcionalmente
à Vgs, que aumenta quase
linearmente
•
Vds = Vd (díodo conduz)
Como funciona na entrada em condução
(características dinâmicas)?
Observações:
•
Durante o tempo (tfv₁), a
corrente iD atinge o valor final
Io definido pelo circuito
•
MOSFET permanece na zona
ativa
•
Vgs = Vgs, (Io) = constante,
pois Vgs é proporcional a iD
Como funciona na entrada em condução
(características dinâmicas)?
Observações:
•
No final de tfv1, como Vgs ≈
Vds, a capacitância Cgd
muda de Cgd1 para Cgd2
•
MOSFET passa para a zona
óhmica
•
No final de tfv2 o MOSFET
entra em condução enquanto
(Vg) e (Ig) evoluem
exponencialmente para os
seus valores finais: VGG e 0
T4-27out25
Cristiano Mesquita - a59437 | Bernardo Cardoso - a54445
Rafael Guadalupe - a46151 | Hugo Rocha -a58890
Diogo Andrade - a55730 | Fabrício Paz- m323040
Tabela de presenças
Data/Local:
Cristiano
Mesquita
a59437
Bernardo Cardoso
a54445
Rafael Guadalupe
a46151
Diogo Andrade
a55730
Fabrício Paz
m323040
Hugo Rocha
a58890
BAR IPB (1-10-2025)
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Biblioteca IPB (8-10-2025)
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Biblioteca IPB (15-10-2025)
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Biblioteca IPB (22-10-2025)
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Biblioteca IPB (29-10-2025)
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Biblioteca IPB (5-11-2025)
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Biblioteca IPB (12-11-2025)
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Biblioteca IPB (19-11-2025)
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Biblioteca IPB (26-11-2025)
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Biblioteca IPB (03-12-2025)
x
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x
Qual é o circuito equivalente do
MOSFET
Qual é o circuito equivalente do
MOSFET
O MOSFET esta bloqueado, não
conduz corrente do Drain para a
Source.
𝑽𝑮𝑺 < 𝑽𝒕𝒉
𝑰𝑫 = 𝟎
Qual é o circuito equivalente do
MOSFET
O MOSFET entra na zona ativa,
começando a conduzir
•
𝑽𝑮𝑺 > 𝑽𝒕𝒉
•
𝑰𝑫 cresce proporcionalmente a (𝑽𝑮𝑺 −
𝑽𝒕𝒉 ).
•
𝑽𝑫𝑺
mantém-se,
o
dispositivo
comporta-se como fonte de corrente
controlada por 𝑽𝑮𝑺 ,pois encontra-se
na zona ativa e 𝑰𝒅 depende de 𝑽𝒈𝒔 não
de 𝑽𝒅𝒔
•
Com pequenas variações de 𝑽𝑮𝑺 e
𝑽𝑫𝑺 a corrente é controlada e
comporta-se como amplificador de
sinais analógicos.
•
Em comutação: O MOSFET passa
rapidamente do estado bloqueado
para ativo, comportando-se como
chave em transição.
Qual é o circuito equivalente do
MOSFET
O MOSFET opera na zona óhmica,
funcionando como chave fechada.
• 𝑽𝑮𝑺 suficientemente alta, canal
totalmente “aberto”.
• 𝑽𝑫𝑺 pequena, o MOSFET
apresenta resistência
𝑹𝑫𝑺 (𝒐𝒏) muito baixa.
• 𝑰𝑫 limitado apenas por 𝑹𝑫𝑺 (𝒐𝒏) e
pela carga externa.
•
O MOSFET conduz totalmente,
minimizando perdas de potência.
Como funciona na entrada em condução
(características dinâmicas)?
Observações:
•
IG Carrega Cgs e Cgd1
•
O MOSFET fica em bloqueio
até Vgs = Vgs(th)
•
Após atingir Vgs(th) o
MOSFET começa a conduzir
Como funciona na entrada em condução
(características dinâmicas)?
Observações:
• 𝑰𝑮 continua a carrega 𝑪𝒈𝒔 e
𝑪𝒈𝒅𝟏 .
•
MOSFET transita para a zona
ativa.
•
𝑰𝑫 cresce proporcionalmente a
𝑽𝒈𝒔 , que aumenta quase
linearmente pois o condensador
𝑪𝒈𝒔 encontra-se praticamente
𝑑𝑉𝑔𝑠
carregado. 𝐶𝑔𝑠 𝑑𝑡
•
𝑽𝒅𝒔 = 𝑪𝒅 o díodo mantém-se em
condução até o MOSFET
assume totalmente a condução.
Como funciona na entrada em condução
(características dinâmicas)?
Observações:
•
Durante o tempo (tfv₁), a
corrente iD atinge o valor final
Io definido pelo circuito
•
MOSFET permanece na zona
ativa
•
Vgs = Vds, (Io) = constante,
pois Vgs é proporcional a iD
Como funciona na entrada em condução
(características dinâmicas)?
Observações:
•
No final de tfv1, como Vgs ≈
Vds, a capacitância Cgd
muda de Cgd1 para Cgd2
•
MOSFET passa para a zona
óhmica
•
No final de tfv2 o MOSFET
entra em condução enquanto
(Vg) e (Ig) evoluem
exponencialmente para os
seus valores finais: VGG e 0
O que é a Modelação da Largura de Impulsos
(PWM-Pulse Width Modulation)?
O PWM é uma técnica de modulação de largura de
impulsos usados para controlar a tensão média e a
potência entregue à carga.
•
A tensão de saída é uma onda quadrada de
amplitude constante, mas com largura de impulso
variável (duty cycle).
•
O valor médio da tensão depende do duty
cicle(D):
𝑉𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜
= 𝐷 × 𝑉𝑚𝑎𝑥
᦯
𝐷=
𝑡𝑜𝑛
(𝑡𝑜𝑛 + 𝑡𝑜𝑓𝑓 )
O que é a Modelação da Largura de Impulsos
(PWM-Pulse Width Modulation)?
Duty Cicle em percentagem:
𝑫=
𝒕𝒐𝒏
𝒕𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍
× 𝟏𝟎𝟎 = 𝑫 =
𝟔𝒎𝒔
× 𝟏𝟎𝟎
𝟏𝟎𝒎𝒔
Cálculo de 𝑽𝒐𝒖𝒕 :
𝑽𝒐𝒖𝒕 = 𝑽𝒎𝒂𝒙 × 𝑫
= 𝑫 = 𝟔𝟎%
Como se implementa?
Analógica
•
Um sinal triangular (ou dente de serra) é
comparado com uma tensão de controlo (Vc).
•
O comparador gera um sinal digital que aciona o
MOSFET.
• Se Vc> Vtriangular, o MOSFET conduz, caso
contrário permanece bloqueado.
Equação
Digital
•
•
Utiliza um microcontrolador, DSP ou FPGA
para gerar o sinal PWM.
Permite controlar a frequência, duty
cycle,
e
até
aplicar
modulações
avançadas (SPWM, SVPWM, etc.).
T4-03nov25
Cristiano Mesquita - a59437 | Bernardo Cardoso - a54445
Rafael Guadalupe - a46151 | Hugo Rocha -a58890
Diogo Andrade - a55730 | Fabrício Paz- m323040
Tabela de presenças
Data/Local:
Cristiano
Mesquita
a59437
Bernardo Cardoso
a54445
Rafael Guadalupe
a46151
Diogo Andrade
a55730
Fabrício Paz
m323040
Hugo Rocha
a58890
BAR IPB (1-10-2025)
x
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x
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Biblioteca IPB (8-10-2025)
x
x
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x
Biblioteca IPB (15-10-2025)
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Biblioteca IPB (22-10-2025)
x
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Biblioteca IPB (29-10-2025)
x
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x
x
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Biblioteca IPB (5-11-2025)
x
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Biblioteca IPB (12-11-2025)
x
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Biblioteca IPB (19-11-2025)
x
x
x
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Biblioteca IPB (26-11-2025)
x
x
x
x
x
x
Biblioteca IPB (03-12-2025)
x
x
x
x
x
x
O que é a Modelação da Largura de Impulsos
(PWM-Pulse Width Modulation)?
O PWM é uma técnica de modulação de largura de
impulsos usados para controlar a tensão média e a
potência entregue à carga.
•
A tensão de saída é uma onda “quadrada” de
amplitude constante, mas com largura de impulso
variável (duty cycle).
•
O valor médio da tensão depende do duty cicle(D)
𝑉𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜
= 𝐷 × 𝑉𝑚𝑎𝑥
᦯
𝐷=
𝑡𝑜𝑛
(𝑡𝑜𝑛 + 𝑡𝑜𝑓𝑓 )
Como calcular a Tensão Média
Duty Cicle em percentagem:
𝑇
𝑇
𝑫 = 𝑜𝑛 × 𝟏𝟎𝟎 = 𝑫 =
𝑫=
𝑇𝑜𝑛
𝑇
𝟔𝒎𝒔
× 𝟏𝟎𝟎
𝟏𝟎𝒎𝒔
= 𝑫 = 𝟔𝟎%
1 𝑇
𝑽𝒂𝒗𝒈 = න 𝑣 𝑡 𝑑𝑡
𝑇 0
𝑇𝑜𝑛
𝑇
1
𝑽𝒂𝒗𝒈 =
න 𝑉max 𝑑𝑡 + න 0𝑑𝑡
𝑇 0
𝑇𝑜𝑛
𝑉𝐷𝐶 ∗ 𝑇𝑜𝑛
=
= 𝐷 ∗ 𝑉𝐷𝐶
𝑇
Como se implementa?
Analógica
•
Um sinal triangular (ou dente de serra) é
comparado com uma tensão de controlo (Vc).
•
O comparador gera um sinal digital que aciona o
MOSFET.
• Se Vc> Vtriangular, o MOSFET conduz, caso
contrário permanece bloqueado.
Analisando o Circuito temos que:
𝐼1 = 𝐼2
Resolução:
𝑅 𝐼 + 𝑉𝑡𝑟𝑖 − 𝑉𝑖𝑛 = 0
⟺
ቊ 11
𝑅2 𝐼2 + 𝑉𝑜𝑢𝑡 − 𝑉𝑡𝑟𝑖 = 0
𝑉𝑖𝑛 − 𝑉𝑡𝑟𝑖
𝑅1
⟺
𝑉𝑡𝑟𝑖 − 𝑉𝑜𝑢𝑡
𝐼2 =
𝑅2
𝐼1 =
𝑉𝑖𝑛 − 𝑉𝑡𝑟𝑖 𝑉𝑡𝑟𝑖 − 𝑉𝑜𝑢𝑡
=
⟺
𝑅1
𝑅2
𝑅2 𝑉𝑖𝑛 + 𝑅1 𝑉𝑜𝑢𝑡
𝑉𝑡𝑟𝑖 =
𝑅1 + 𝑅2
𝑉+ − 𝑉− = 0 ⟺ 𝑉+ = 𝑉_ ⟺ 𝑉− = 𝑉𝑡𝑟𝑖
Como 𝑉+ = 𝑉𝑡𝑟𝑖 (𝑡) em cada instante a condição de comutação é:
𝑉𝑡𝑟𝑖 (𝑡) = 𝑉_ ⟺ 𝑉𝑡𝑟𝑖(𝑡) =
Ficando com:
𝑉+ ,
𝑉𝑜𝑢𝑡 = ൝ 𝑆𝑎𝑡
−
𝑉𝑆𝑎𝑡
,
𝑅2 𝑉𝑖𝑛 + 𝑅1 𝑉𝑜𝑢𝑡
𝑅1 + 𝑅2
𝑉𝑖𝑛 > 𝑉𝑡𝑟𝑖 (𝑡)
𝑉𝑖𝑛 < 𝑉𝑡𝑟𝑖 𝑡
Digital
•
•
Utiliza um microcontrolador, DSP ou FPGA
para gerar o sinal PWM.
Permite controlar a frequência, duty
cycle,
e
até
aplicar
modulações
avançadas (SPWM, SVPWM, etc.).
Qual é a expressão da tensão à saída de
um conversor abaixador (tensão aplicada
ao motor DC, no laboratório)? Como se
obtém?
Durante 𝑇𝑜𝑛 (MOSFET em condução):
𝑉𝑜𝑛 = 𝑉𝑑 − 𝑉𝑜
Durante 𝑇𝑜𝑓𝑓 (MOSFET em bloqueio):
𝑉𝑜𝑓𝑓 = −𝑉𝑜
A condição de equilíbrio numa bobine (volt-second balance rule) é dada por:
1 𝑇
න 𝑉𝑑𝑡 = 0 ⟺
𝑇 0
𝑇𝑜𝑛
𝑇
1
න 𝑉𝑜𝑛 𝑑𝑡 + න 𝑉𝑜𝑓𝑓 𝑑𝑡 = 0 ⟺
𝑇 0
𝑇𝑜𝑛
1
𝑉𝑑 − 𝑉𝑜 (𝑇𝑜𝑛 −0) − 𝑉𝑜 𝑇 − 𝑇𝑜𝑛 = 0
𝑇
Multiplicando por T obtemos:
𝑉𝑑 − 𝑉𝑜 𝑇𝑜𝑛 − 𝑉𝑜 𝑇 − 𝑇𝐷 = 0
𝐶𝑜𝑚𝑜 𝑇𝑜𝑛 = 𝑇𝐷 , logo:
𝑉𝑑 − 𝑉𝑜 𝑇𝐷 − 𝑉𝑜 𝑇 − 𝑇𝐷 = 0 ⟺
𝑉𝑑 𝐷 − 𝑉𝑜 𝐷 − 𝑉𝑜 + 𝑉𝑜 𝐷 = 0
A expressão à saída de um conversor abaixador é dada por:
𝑉𝑜 = 𝐷𝑉𝑑
T4-10nov25
Cristiano Mesquita - a59437 | Bernardo Cardoso - a54445
Rafael Guadalupe - a46151 | Hugo Rocha -a58890
Diogo Andrade - a55730 | Fabrício Paz- m323040
Tabela de presenças
Data/Local:
Cristiano
Mesquita
a59437
Bernardo Cardoso
a54445
Rafael Guadalupe
a46151
Diogo Andrade
a55730
Fabrício Paz
m323040
Hugo Rocha
a58890
BAR IPB (1-10-2025)
x
x
x
x
x
x
Biblioteca IPB (8-10-2025)
x
x
x
x
x
x
Biblioteca IPB (15-10-2025)
x
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Biblioteca IPB (22-10-2025)
x
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x
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Biblioteca IPB (29-10-2025)
x
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Biblioteca IPB (5-11-2025)
x
x
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Biblioteca IPB (12-11-2025)
x
x
x
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Biblioteca IPB (19-11-2025)
x
x
x
x
x
x
Biblioteca IPB (26-11-2025)
x
x
x
x
x
x
Biblioteca IPB (03-12-2025)
x
x
x
x
x
x
Circuito comparador (Tensão Vin em relação a Vout )
Se:
+
Vin > Vtri → Vout
(saturação máxima), logo Vout = 5V
−
Vin < Vtri → Vout
(saturação mínima), logo Vout = 0V
Como se obtêm a forma de onda e a
expressão da tensão Vo, à saída do
conversor abaixador (tensão aplicada ao
motor DC, no laboratório)?
Quando Está On:
𝑉𝑜 − 𝑉𝑑 = 0 ⟺ 𝑉0 = 𝑉𝑑
Quando está Off:
−𝑉𝑜 = 0 ⟺ 𝑉𝑜 = 0
1 𝑇
𝑉𝑜 = න 𝑉𝑜 𝑡 𝑑𝑡 ⟺
𝑇 0
𝑇𝑜𝑛
𝑇
1
𝑉𝑜 =
න 𝑉𝑑 𝑑𝑡 + න 0𝑑𝑡 ⟺
𝑇 0
𝑇𝑜𝑛
𝑉𝑜 =
𝑉𝑑
𝑇
𝑉𝑜 =
(𝑇𝑜𝑛 − 0) ⟺
𝑇𝑜𝑛
𝑉 ⟺
𝑇 𝑑
𝑉𝑜 = 𝐷𝑉𝑑 ⟺
A expressão à saída de um conversor abaixador é dada por:
𝑽𝒐 = 𝑫𝑽𝒅
A tensão aplicada ao motor DC, no
laboratório Graficamente é:
Qual é a função do díodo de roda
livre (DSEI-30-10A)?
Função principal do díodo de roda livre:
•
•
Proteção
Dissipação de energia indutiva
O motor DC é uma carga indutiva que, ao ter a
sua corrente subitamente interrompida, gera
uma Força Eletromotriz reversa muito elevada.
O díodo ligado em antiparalelo com o motor,
fica polarizado diretamente por esta tensão o
que abre um circuito de “roda livre ” que permite
que a corrente do motor continue a fluir.
Qual é a função do díodo de roda
livre (DSEI-30-10A)?
Ao fornecer um caminho de baixa
impedância, o díodo permite que a energia
armazenada no campo magnético do motor
seja dissipada suavemente através das suas
próprias bobines e da queda de tensão do
díodo, impedindo uma rápida subida da
tensão no dreno do MOSFET, impedindo que
este se danifique.
T4-17nov25
Cristiano Mesquita - a59437 | Bernardo Cardoso - a54445
Rafael Guadalupe - a46151 | Hugo Rocha -a58890
Diogo Andrade - a55730 | Fabrício Paz- m323040
Tabela de presenças
Data/Local:
Cristiano
Mesquita
a59437
Bernardo Cardoso
a54445
Rafael Guadalupe
a46151
Diogo Andrade
a55730
Fabrício Paz
m323040
Hugo Rocha
a58890
BAR IPB (1-10-2025)
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Biblioteca IPB (8-10-2025)
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Biblioteca IPB (15-10-2025)
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Biblioteca IPB (22-10-2025)
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Biblioteca IPB (29-10-2025)
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Biblioteca IPB (5-11-2025)
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Biblioteca IPB (12-11-2025)
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Biblioteca IPB (19-11-2025)
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Biblioteca IPB (26-11-2025)
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Biblioteca IPB (03-12-2025)
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x
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x
O que é um díodo de potência?
Díodos de potência:
•
A Junção P+, N+ Permite a passagem de corrente elétrica num único sentido e
a terceira camada N- extra, possibilita que estes possam suportar tensões
elétricas mais elevadas, porquê?
1. Baixa Dopagem
A camada N- é levemente dopada. Isto permite que a região
de depleção se expanda amplamente polarização inversa
2. Camada Espessa
É uma camada mais espessa que as outras. Funciona
como uma zona de amortecimento.
3. Distribuição do Campo Elétrico
A alta tensão inversa é distribuída por esta grande
largura da região de depleção/camada N-
4. Redução da Intensidade E
Ao distribuir a tensão por uma distância maior, a
intensidade do campo elétrico é mantida abaixo do
nível crítico de rutura (avalanche).
O que o distingue de um díodo de
sinal?
Díodo de potência
Díodo de sinal
O que o distingue de um díodo de
sinal?
Característica
Díodo de Sinal
Díodo de Potência
Função Primária
Processamento de Informação
Processamento de Energia
Foco
Velocidade e baixa capacitância
Capacidade térmica e
tensão de rutura alta
Corrente
Baixa (mA)
Elevada (A a kA)
Tensão
Baixa a Moderada
Elevada
Velocidade
Muito Rápida (ns)
Lenta a Moderada (µs)
Frequência Operação
Alta (MHz - GHz)
Baixa (Hz - kHz)
Quais são as características estáticas
mais importantes do díodo DSEI-30-10A?
Tabela de Valores de Classificações Máximas Absolutas (Díodo)
Parâmetro
Tensão Reversa Repetitiva de Pico (𝑉𝑅𝑅𝑀 )
/ Tensão Reversa Máxima de
Trabalho(𝑉𝑅𝑊𝑀 ) / Tensão de Bloqueio
DC(𝑉𝑅 )
Corrente Média Retificada Direta (𝐼𝐹(𝐴𝑉) )
Corrente de Pico de Surto Não Repetitiva
(𝐼𝐹𝑆𝑀 )
Valor
Observações
1000 V
Tensão máxima que pode ser aplicada
no sentido inverso de forma repetitiva ou
contínua.
30 A
Corrente média contínua máxima que o
diodo pode conduzir no sentido direto.
210 A
Corrente máxima de surto (transiente)
não repetitiva (aplicada sob condições
de carga nominal, meia-onda,
monofásica, 60Hz).
Temperatura de Junção (𝑇𝐽 )
-40 ºC A 150 ºC
Faixa de Temperatura de
Armazenamento (𝑇𝑆𝑇𝐺 )
-40 ºC A 150 ºC
Faixa de temperatura operacional máxima
e mínima da junção semicondutora do
dispositivo.
Faixa de temperatura segura para o
armazenamento do componente quando
não está em uso.
Quais são as características estáticas
mais importantes do díodo DSEI-30-10A?
Tabela de Características Elétricas (Díodo)
Parâmetro
Condições
Valor (Típico /Máximo)
Observações
Tensão Instantânea Máxima Direta
(𝑉𝐹 )
𝐼𝐹 = 30𝐴
𝑇𝐽 = 25 º𝐶
-- / 2.4 V
Queda de tensão máxima
no díodo quando
conduzindo 30A a 25ºC
𝐼𝐹 = 30 𝐴
𝑇𝐽 = 150 º𝐶
-- / 2.0 V
Queda de tensão máxima
no díodo quando
conduzindo 30A a 150ºC
𝑉𝑅 = 𝑉𝑅𝑊𝑀
𝑇𝐽 = 150 º𝐶
-- / 0,75 mA
Corrente de fuga máxima
quando uma tensão
reversa máxima (𝑉𝑅𝑊𝑀 ) é
aplicada a 25ºC
Corrente Instantânea Máxima
Reversa (𝐼𝑅 )
Tempo Máximo de Recuperação
Reversa (𝑡𝑟𝑟 )
𝐼𝐹 = 1𝐴
𝑉𝑅 = 30𝑉
35 / 50 𝑛𝑠
Tempo que o díodo leva
para desligar (parar de
conduzir) ao passar da
condução direta para o
bloqueio reverso
.
Como funciona na entrada de condução
(características dinâmicas)?
O que acontece: Ao ligar, a corrente sobe rapidamente
Problema: A indutância parasita (𝐿𝑠 ) do circuito reage a
esta subida e cria um pico de sobretensão (𝑉𝐹𝑃 )
Causa: 𝑉 = 𝐿𝑠
𝑑𝑖𝐷
𝑑𝑡
Consequência: Este pico pode ser 5V a 20V em vez de 𝑉𝑜𝑛
Como funciona na saída de condução
(características dinâmicas)?
O que acontece: O díodo não bloqueia
instantaneamente.
Problema: Ele conduz corrente ao contrário (𝐼𝑟𝑟 ) durante
um "Tempo de Recuperação Inversa" (𝑡𝑟𝑟 ) .
Causa: O díodo precisa de eliminar as cargas
armazenadas (𝑄𝑟𝑟 ) que o mantinha em condução.
Consequências:
Perdas de Comutação: Energia é perdida em
cada ciclo que isto acontece (aquece o díodo).
Limitação de Frequência: O díodo não pode ser
ligado e desligado mais rápido do que o seu 𝑡𝑟𝑟 .
Como funciona na saída de condução
(características dinâmicas)?
O fator de suavidade (𝑆) é uma métrica crucial para o projeto de
circuitos de potência, pois está ligada ao pico de tensão e ruído:
𝑡5
(𝑆 = )
𝑡4
• 𝑺 ≈ 𝟏 (Recuperação Lenta/Suave - Soft Recovery): A queda
da corrente de pico (𝑡5 ) é mais lenta. Isso resulta em um
𝑑𝑖
(taxa de variação da corrente) menor e,
𝑑𝑡
consequentemente, um pico de tensão reversa (𝑽𝑹 ) menor
• 𝑺 ≪ 𝟏(Recuperação Abrupta/Rápida - Snappy Recovery): A
queda da corrente de pico (𝑡5 ) é muito rápida. Isso resulta em
𝑑𝑖
um 𝑑𝑡 muito alto e um pico de tensão reversa (𝑽𝑹 ) maior.
• O díodo de potência ideal tem uma recuperação suave
(𝑺 ) alto para minimizar o estresse de sobretensão no
dispositivo.
T4-24nov25
Cristiano Mesquita - a59437 | Bernardo Cardoso - a54445
Rafael Guadalupe - a46151 | Hugo Rocha - a58890
Diogo Andrade - a55730 | Fabrício Paz - m323040
Tabela de presenças
Data/Local:
Cristiano
Mesquita
a59437
Bernardo Cardoso
a54445
Rafael Guadalupe
a46151
Diogo Andrade
a55730
Fabrício Paz
m323040
Hugo Rocha
a58890
BAR IPB (1-10-2025)
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Biblioteca IPB (8-10-2025)
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Biblioteca IPB (15-10-2025)
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Biblioteca IPB (22-10-2025)
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Biblioteca IPB (29-10-2025)
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Biblioteca IPB (5-11-2025)
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Biblioteca IPB (12-11-2025)
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Biblioteca IPB (19-11-2025)
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Biblioteca IPB (26-11-2025)
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Biblioteca IPB (03-12-2025)
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x
O que é um transístor bipolar de porta isolada
(IGBT - Insulated Gate Bipolar Transístor)?
Um IGBT (Insulated Gate Bipolar
Transístor)
é
um
dispositivo
semicondutor de potência que
combina características de dois
componentes:
A entrada (comando) funciona
como num MOSFET, com uma porta
isolada, controlada por tensão e
com
elevada
impedância
de
entrada.
A saída: comporta-se como um transístor
bipolar (BJT), conseguindo conduzir correntes
elevadas com baixa queda de tensão.
Como funciona na entrada e na saída de condução
(características dinâmicas)?
1. Gate (G) – Porta isolada por óxido (SiO₂)
2. Região de Emissão (E)
3. Região Body (p)
4. Região Drift (n⁻)
5. Região de Buffer (n⁺)
6. Região de Injeção (p⁺)
Como funciona na entrada de condução
Durante 𝒕𝒅(𝒐𝒏) :
•
•
•
Tensão 𝑽𝒈𝒔 começa a subir, porém há um delay
porque esta a carregar 𝑪𝑮𝑫 ;
O gate carrega as capacidades internas
(𝑪𝑮𝑬 / 𝑪𝑮𝑪 );
Ainda não conduz corrente.
Durante 𝒕𝒓𝒊 :
• 𝑽𝑫𝑺 constante porque 𝑰𝑫 está a diminuir
• Forma-se um canal na região p, porque
entra no modo ativo;
• O IGBT começa a conduzir corrente;
• 𝑽𝒈𝒔 é proporcional a 𝑰𝑫
IGBT
Durante 𝒕𝒇𝒗𝟏 ∶
• 𝑽𝑫𝑺 diminui porque esta a descarregar 𝑪𝑮𝑫 que é
relativamente pequena
• 𝑽𝒈𝒔 constante porque 𝑰𝑫 está constante e o IGBT
ainda está no modo ativo
Como funciona na entrada de condução
Durante 𝒕𝒇𝒗2 :
• IGBT começa a entrar na zona ohmica de condução
• 𝑰𝑫 já não é proporcional a 𝑽𝒈𝒔
• 𝑽𝑫𝑺 diminui ainda mais lentamente porque agora
𝑪𝑮𝑫 é muito maior que durante 𝒕𝒇𝒗𝟏
• 𝑰𝑫 ≈ I0
Após 𝒕𝒇𝒗2 (saturação):
• 𝑽𝒈𝒔 sobe finalmente até VGG.
• A corrente 𝑰𝑫 fica fixa em Io.
O IGBT está agora ligado na região de condução bipolar,
com modulação de condutividade.
Como funciona na saída de condução
Durante 𝒕𝒅(𝒐𝒇𝒇) :
• 𝑉𝐺𝑆 começa a descer porém o IGBT ainda
•
está ligado porque 𝑉𝐺𝑆 > 𝑉𝐺𝑆(𝑡ℎ)
𝐼𝐷 e 𝑉𝐷𝑆 continuam constante
Durante 𝒕𝒓𝒗 :
• IGBT sai da zona ohmica e entra na zona ativa
• 𝑉𝐺𝑆 constante porque 𝐼𝐷 está constante e estes são
proporcionais.
• 𝐼𝐷 e 𝑉𝐺𝑆 continuam constantes.
Em 𝒕𝒓𝒗 , o IGBT ainda está a conduzir
praticamente a mesma corrente, enquanto a
tensão de saída sobe para o valor de bloqueio.
Como funciona na saída de condução
Durante 𝒕𝒇𝒊𝟏 :
• 𝐼𝐷 diminui rapidamente, como num MOSFET
•
•
porque esta a descarregar 𝑪𝑮𝑫
𝑉𝐷𝑆 chega ao seu valor máximo
𝑉𝐺𝑆 continua a descer até o 𝑉𝐺𝑆 (𝑡ℎ)
Durante 𝒕𝒇𝒊𝟐 :
• 𝐼𝐷 diminui lentamente até chegar a 0, Esta é a
•
cauda (tail current), causada pela remoção de
cargas armazenadas internamente (porque o
IGBT tem uma parte bipolar)
𝑉𝐺𝑆 decresce até −𝑉𝐺𝐺 para que a corrente
desapareça o mais rápido possível, pois assim
são expelidas os portadores de carga
armazenados.
Exemplo de aplicação:
T4-02dez25
Cristiano Mesquita - a59437 | Bernardo Cardoso - a54445
Rafael Guadalupe - a46151 | Hugo Rocha - a58890
Diogo Andrade - a55730 | Fabrício Paz - m323040
T4-02dez25
Cristiano Mesquita - a59437 | Bernardo Cardoso - a54445
Rafael Guadalupe - a46151 | Hugo Rocha - a58890
Diogo Andrade - a55730 | Fabrício Paz - m323040
Tabela de presenças
Data/Local:
Cristiano
Mesquita
a59437
Bernardo Cardoso
a54445
Rafael Guadalupe
a46151
Diogo Andrade
a55730
Fabrício Paz
m323040
Hugo Rocha
a58890
BAR IPB (1-10-2025)
x
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Biblioteca IPB (8-10-2025)
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Biblioteca IPB (15-10-2025)
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Biblioteca IPB (22-10-2025)
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Biblioteca IPB (29-10-2025)
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Biblioteca IPB (5-11-2025)
x
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Biblioteca IPB (12-11-2025)
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Biblioteca IPB (19-11-2025)
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Biblioteca IPB (26-11-2025)
x
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x
Biblioteca IPB (03-12-2025)
x
x
x
x
x
x
Quais são as principais
diferenças/vantagens/desvantagens
e aplicações dos MOSFETs
(convencionais) de silício (Si),
de Carboneto de Silício (SiC) e
Nitreto de Gálio (NaG) e dos
IGBTs?
A escolha do dispositivo certo depende de:
Tensão
Corrente
Frequência de comutação
Eficiência
Custo
Componentes semicondutores de potência como MOSFETs de silício, SiC, GaN e
IGBTs, são fundamentais em sistemas eletrônicos modernos, desde fontes chaveadas
até veículos elétricos.
MOSFETs de Silício (Si)
Vantagens:
•Tecnologia mais antiga e barata.
•Fácil de controlar (gate de baixa energia).
•Bom desempenho em baixa e média tensão
(< 200 V).
•Baixa capacidade de gate em muitas
topologias.
Desvantagens:
•Resistência óhmica aumenta rapidamente
com a tensão.
•Perdas mais altas em altas frequências.
•Limitações térmicas e de comutação.
Aplicações típicas:
•Fontes chaveadas de baixa tensão (SMPS).
•Conversores DC-DC para equipamentos
eletrónicos.
•Drivers de motores pequenos.
MOSFETs de Carboneto de Silício (SiC)
Vantagens:
•Altas tensões (600 V até 1700+ V) com
𝑅𝑑𝑠 baixo.
•Alta velocidade de comutação
•Bom desempenho térmico (alta
temperatura de junção).
Desvantagens:
•Custo elevado comparado ao Si.
•Gate mais sensível (exige drivers
específicos).
𝑑𝑣
•Controlo de e layout mais críticos.
𝑑𝑡
Aplicações típicas:
•Carregadores e inversores de veículos elétricos.
•Fotovoltaico (PV) – MPPT e inversores de string.
•UPS de alta eficiência.
•Conversores em alta temperatura/ambientes
críticos.
•Aplicações de alta frequência em alta tensão.
MOSFETs de Nitreto de Gálio (GaN / eGaN)
Vantagens
•Alta velocidade de comutação (MHz).
•Capacidades muito baixas.
•𝑅𝑑𝑠 muito baixo para tensões até ~650 V.
•Alta eficiência e menor volume do circuito
(redução de passivos).
•Perdas menores que SiC a baixas/médias
tensões.
Desvantagens
•Preço ainda elevado.
•Mais sensível a ruídos e layout.
•Típicos para tensões até 650 V
Aplicações típicas
•Carregadores ultracompactos (USB-C PD).
•Conversores de alta eficiência (servidores /
telecom).
•RF e aplicações de micro-ondas.
•Inversores de alta frequência.
•Drones, pequenos motores em alta
frequência.
IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors)
Vantagens
•Bom para altas tensões e altas correntes
(V -𝑘𝑉).
•Baixa perda em condução para altas
correntes.
Desvantagens
•Lentos: perdas de comutação maiores
que MOSFETs.
•Têm "tail current" na desativação,
aquecem mais.
•Ineficientes para alta frequência (> 20
kHz).
Aplicações típicas
•Inversores de motores industriais.
•Comboios, elevadores e compressores.
•UPS de grande porte.
•Inversores fotovoltaicos de alta potência.
Quais são as principais diferenças/vantagens/desvantagens e
aplicações dos MOSFETs (convencionais) de silício (Si), de
Carboneto de Silício (SiC) e Nitreto de Gálio (NaG) e dos IGBTs?
Parâmetro
Si MOSFET
NaG MOSFET
SiC MOSFET
Si IGBT
Material
Silício
Nitreto de Gálio
Carboneto de Silício
Silício
Tensão de
funcionamento
< 250V (possível
até 600V)
< 650V
650V - 3.3kV+
600V - 6.5kV+
Comutação
(kHz)
(MHz)
(50k - 500k Hz)
(< 20-30 kHz)
Eficiência (Alta
Tensão)
Baixa
Muito Alta
Muito Alta
Média
Custo do
Dispositivo
1,50 € – 3,50 €
6,00 € – 12,00 €
8,00 € – 20,00 €
2,50 € – 5,00 €
T4-09dez25
Cristiano Mesquita - a59437 | Bernardo Cardoso - a54445
Rafael Guadalupe - a46151 | Hugo Rocha - a58890
Diogo Andrade - a55730 | Fabrício Paz - m323040
Tabela de presenças
Data/Local:
Cristiano
Mesquita
a59437
Bernardo Cardoso
a54445
Rafael Guadalupe
a46151
Diogo Andrade
a55730
Fabrício Paz
m323040
Hugo Rocha
a58890
BAR IPB (1-10-2025)
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x
x
x
Biblioteca IPB (8-10-2025)
x
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x
x
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Biblioteca IPB (15-10-2025)
x
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Biblioteca IPB (22-10-2025)
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Biblioteca IPB (29-10-2025)
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x
Biblioteca IPB (5-11-2025)
x
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Biblioteca IPB (12-11-2025)
x
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Biblioteca IPB (19-11-2025)
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Biblioteca IPB (26-11-2025)
x
x
x
x
x
x
Biblioteca IPB (03-12-2025)
x
x
x
x
x
Questão 3
a) Identifique, na figura, e diga quais as funções dos circuitos de
controlo, de comando e de potência.
Circuito de controlo (Vermelho):
Constituído pelo comparador LM339 com
as resistencias R1 e R2 dimensionadas
convenientemente por forma a ajustar o
valor
da
Histerese
para
evitar
comutações não espectáveis.
Circuito de Comando (Verde):
É o estágio que segue o LM339, é
constituído pelos MOSFETs de baixa
potência (ZVN3410A/ZVP4424A).
Questão 3
Circuito de Potencia (Azul):
Constituído
(IRFP048N)
pelo
MOSFET
de
Potencia
b) Qual a função desempenhada pelo circuito baseado no comparador LM339?
O circuito LM339 compara a Vds (Tensão
dente de serra) e Vc ( Variável através do
potenciómetro). Se a tensão Vc for maior
que Vds a saída será alta, quando Vc for
menor que Vds a saída será baixa,
obtendo assim a modulação por PWM.
𝐷=
𝑇𝑜𝑛
𝑉𝑐
=
𝑇
𝑉𝑡𝑟𝑖
Questão 3
c) Para que serve o díodo em antiparalelo com a carga (Motor)?
O díodo em antiparalelo ( Díodo de Roda
Livre) serve para proteger o MOSFET
quando o MOSFET está off evitando que
seja aplicado aos terminais deste uma
tensão superior á tensão máxima
suportada pelo MOSFET, evitando deste
modo que este seja danificado. O díodo
oferece um caminho alternativo para
que a corrente possa circular.
Questão 3
d) Substitua o motor CC por uma carga resistiva (reóstato = 42 Ω) Para diferentes valores do
duty cycle (𝑣𝑐 ) registe a tensão na carga.
𝑽𝒄 (V)
0
0,42
1
1,5
2
2,3
2,6
3,12
3,37
3,49
3,6
3,79
3,94
4,02
4,41
4,65
𝑽𝒐 (V)
0
1,1
6,9
10,1
13,5
15,4
17,9
21,27
22,7
23,51
24,3
25,7
26,9
27,3
29,9
31,5
𝑽𝒐 ≅ 6,9445 × 𝑉𝑐
Questão 3
e) O que conclui dos valores que registou na tabela? Qual a relação entre 𝑣𝑐 e 𝑣𝑜 ? Sugestão:
obtenha um gráfico de 𝑣𝑜=f(𝑣𝑐 ).
Resposta:
•
•
•
Aumento de 𝑉𝑜 (tensão média na carga) é aproximadamente proporcional em relação a 𝑉𝑐
O comparador tem um comportamento próximo do ideal
Em 𝑉𝑐 = 0V , 𝑉𝑜 ≈ 0V (zona morta), por ruído ou tolerâncias “típico” de controladores PWM
𝑽𝒐
𝑽𝒄
0
2.5
6.3
6.6
6.5
7.12
6.66
6.54
6.85
7.67
6.72
Questão 4
a) Descreva as principais funções desempenhadas pelo CI TL494? Como funciona?
Nº do Pino
Nome do Pino
Configuração do Pino
1
1 IN+
Entrada 1 para o
amplificador de erro não
inversor
2
1 IN-
Entrada 2 para o
amplificador de erro
inversor
3
FEEDBACK
DTC
4
Nº do Pino
Nome do Pino
Configuração do Pino
9
E1
Pino emissor da Saída 1
10
C2
Pino coletor da Saída 2
Pino de conexão para
feedback de saída
11
E2
Pino emissor da Saída 2
Entrada do comparador
de controle de tempo
morto (Dead-Time
Control)
12
VCC
Pino de alimentação para
energia positiva
13
OUTPUT CTR
Seleciona entre três modos
de saída
5
CT
Terminal do condensador
para ajuste de
frequências
14
REF
Referência de regulador de
5 volts
6
RT
Terminal do resistor para
ajuste de frequências
15
2 IN-
7
GND
Pino de aterramento da
fonte de alimentação
Entrada 1 para o
amplificador de erro inversor
dois
16
2 IN+
Entrada 1 para o
amplificador de erro não
inversor dois
8
C1
Pino coletor da Saída 1
Questão 4
a)
• 1) Oscilador RT e CT, geram a rampa sawtooth . RT
•
•
•
define a corrente de carga e CT carrega e
descarrega ciclicamente, este sinal segue para o
PWM comparador
2) Comparador PWM compara a rampa com sinal
de feedback, se a saída subir demasiado o dutycycle diminui, se a saída baixar o duty-cycle
aumenta.
3) DTC limita o duty-cycle quando este é 0 o dutycycle pode ser máximo, quando este aumenta o
duty-cycle diminui.
4) Flip-Flop distribui o PWM para as saídas, As saídas
C1/E1 e C2/E2 podem trabalhar em single-ended ou
em push-pull, no cirtuito prático estão ligadas em
paralelo por isso o CI fornece um PWM mais forte
para excitar os MOSFETs
Questão 4
b) Para que servem as resistências (27 e 4,7k) e o díodo (1N4148) à entrada da gate?
Resistência de 27Ω: Limita a corrente de carregamento da gate do MOSFET quando este liga.
Evita oscilações devido à indutância dos condutores.
Resistência de 4.7k Ω: Caso o comando de controlo queime o MOSFET consegue-se desligar e
descarregar a energia armazenada, caso contrário o MOSFET ficaria sempre on.
Díodo 1N4148: Como a gate precisa de descarregar a sua carga então, o díodo cria um caminho com
resistência baixa, que permite descarregar a carga muito mais rápido.
Questão 4
c)
Para a a alimentação de 12v feita no circuito de
controlo será usado um regulador de tensão.
Switch normalmente aberto que vai do pino DTC ao
5v+.
Usando o segundo comparador para limitar a
corrente.
Usar um BMS e uma fonte de alimentação para o
carregamento da bateria.
Para desligar desligamos a alimentação do
conversor Buck.
Ver os elementos prioritários da scooter
comprando componentes que se balanceiam
entre eficiência e baixo custo.
Regulador de temperatura para o MOSFET.
𝑰𝒍𝒊𝒎 × 0,05 = 𝑽𝒍𝒊𝒎
𝑽𝒍𝒊𝒎 = 𝑉𝑖𝑛 ×
𝑅1
𝑅1 + 𝑅2
Atividade Laboratorial
Emulação de bateria e controlador de bicicleta/trotinete elétrica
1. Resumo:
Este trabalho laboratorial teve como objetivo proceder à emulação de uma bateria e controlador
de uma bicicleta/Trotinete elétrica.
2. Objetivos
• Compreender o papel do circuito de controlo e comando de um MOSFET/IGBT.
• Compreender os requesitos gerais dos sinais de comando e comportamento do conversor.
• Emular um controlador de bicicleta/trotinete elétrica.
3. Introdução
Descrição teórica concisa: rectificação monofásica, filtragem por condensadores, ondulação (ripple),
princípios de modulação por largura de pulso (PWM), papel dos circuitos de comando (ZVN,
ZVP, driver de gate, TL494), e proteção/diody antiparalelo.
4. Equipamento e Materiais
• Transformador 230/24 V, ponte retificadora KBU805G.
• Condensadores 1000 µF / 50 V (2x).
• Motor CC 800 W, 36 V.
• Osciloscópio, multímetro, reóstato, cabos, protoboard/placa de ensaio.
• Transístores e CI: ZVN4310A, ZVP4424A, IRFP048N, LM339, TL494, etc.
5. Parte 1 do Guião
5.1. Montagem inicial e medições prévias
Alinea a:
1. Medir resistência do reóstato; medir tensão eficaz na saída do transformador vs com
multímetro; Recolher a forma de onda com o osciloscópio na saída do transformador.
2. Medir tensão contínua Vd à saída (multímetro); recolher forma de onda (osciloscópio).
3. Repetir com 1 condensador, depois com 2 condensadores.
4. Ligar reóstato e medir tensão e corrente; calcular potência.
1
Figura 1: Esquema da ligação do transformador com ponte retificadora e reóstato.
5.2. Forma de Onda à Saída do Transformador
• Resistência do reóstato: 118Ω.
• Tensão eficaz do secundário vs : 26.5Vrms .
• Observações do osciloscópio (incluir imagem):
Escalas: tempo/div = 5ms/div ; tensão/div = 20V/div.
Figura 2: Forma de onda à saída do transformador.
5.3. Forma de Onda Retificada, com 1 e 2 condensadores
Tabela 1: Medidas de Vd e ondulação (ripple).
Configuração
Sem condensadores
1 condensador
2 condensadores
VDC (V)
Ripple (Vpp)
Observações
23.0
34.3
34.5
23.0
2.00
1.60
Sem Retificação
Filtragem c/ 1 Condensador
Filtragem c/ 2 Condensadores
2
Figura 3: Forma de onda à saída da Ponte Retificadora.
Figura 4: Forma de onda da saída com 1 condensador.
3
Figura 5: Forma de onda da saída com 2 condensadores.
5.4. Motor CC: tensão, corrente e potência
Medir: Vmotor = 30.5 V; Imotor = 1.7 A; Potência solicitada P = V · I = 51.85W.
6. Parte 2 do Guião
Figura 6: Esquema do Circuito de Controlo com Transístores ZVN4310A e ZVP4424A.
6.1. Comportamento do MOSFET / PWM
Registos das experiências pedidas (frequências distintas, duty cycles, observações):
• Comutação 0,05 Hz: Ao abrir o interruptor fica por 10s a 12V e ao fechar fica por 10s a
-12V.
• Comutação a 1 Hz: Ao abrir o interruptor fica por 0.5s a 12V e ao fechar fica por 0.5s a
-12V.
• Comutação a 2 kHz: Ao abrir o interruptor fica por 0.25ms a 12V e ao fechar fica por 0.25ms
a -12V.
4
Figura 7: Forma de onda da saída do circuito com gerador de funções a 2kHz.
7. Parte 3 do Guião
Figura 8: Esquema do Circuito com o comparador LM339.
Tabela 2: Relação entre vc e vo e Av.
vc (V)
0
0.45
1
1.5
2
2.3
2.6
3.12
3.37
3.49
3.6
3.79
3.94
4.02
4.41
4.65
vo (V)
Av
0
0
1.1
2.44
6.9
6.9
10.1
6.73
13.5
6.75
15.4
6.69
17.9
6.88
21.27
6.81
22.7
6.73
23.51
6.73
24.3
6.75
25.7
6.78
26.9
6.82
27.3
6.79
29.9
6.78
31.5
6.77
5
Figura 9: Gráfico vo = f (vc ).
Figura 10: Forma de onda da saída do circuito com LM339.
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8. Parte 4 do Guião
Figura 11: Esquema do Circuito com o controlador PWM TL494.
Figura 12: Forma de onda da saída do circuito com TL494.
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