A7 Eletrônica de Potência

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A eletrônica de potência lida com a conversão e o controle de energia elétrica em larga escala, e sua técnica básica é a mesma modulação por largura de pulso (PWM) descrita no modelo de fonte de alimentação chaveada: controlar a tensão média efetiva variando rapidamente a fração de tempo em que uma fonte permanece conectada à carga, em vez de variar continuamente essa tensão. Essa é a base dos inversores de frequência para motores, sistemas de tração em veículos elétricos e inversores que convertem energia solar em corrente alternada utilizável.

O transistor bipolar de porta isolada (IGBT) é atualmente o interruptor de potência dominante para aplicações de alta tensão e alta corrente, pois combina o melhor de dois mundos, o que este catálogo já descreveu separadamente: ele é controlado pela tensão em seu gate, como o MOSFET descrito em um modelo anterior, mas mantém uma baixa queda de tensão em condução, como o transistor bipolar descrito em outro modelo.

As perdas de energia em uma chave de potência como esta têm duas origens distintas: perdas por condução, proporcionais à corrente que flui enquanto a chave está fechada, e perdas por comutação, que ocorrem a cada transição liga/desliga e aumentam com a frequência de comutação — retomando a mesma relação inversa entre frequência e perdas já descrita no modelo de fonte de alimentação chaveada. Em baixas frequências, as primeiras predominam, enquanto em altas frequências, as últimas.

Portanto, este módulo, que começa com a mesma técnica consagrada de modulação por largura de pulso (PWM), conclui demonstrando que os mesmos semicondutores de banda larga descritos no modelo de dispositivo avançado — carbeto de silício e nitreto de gálio — permitem a construção de conversores mais compactos, leves e eficientes do que aqueles baseados no silício tradicional. Isso ocorre precisamente porque eles toleram melhor as condições de alta tensão e alta frequência que essa mesma relação inversa torna inevitáveis, fazendo deles a tecnologia-chave por trás dos carregadores rápidos para veículos elétricos e da última geração de inversores fotovoltaicos.

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