nota técnica
NOVAS TOPOLOGIAS DE CIRCUITOS PARA CONVERSORES DE ENERGIA ALTAMENTE EFICIENTES
bloqueio inverso e síncrono avançado % I½GMsRGME IRIVKqXMGE q JYPGVEP TEVE HIWIRZSPZIV WMWXIQEW IPIXVzRMGSW IGSRzQMGSW e com uma densidade energética elevada. O princípio básico é: se reduzir a perda de energia, os custos serão também reduzidos, pois existe menos carga de arrefecimento e podem ser aplicados mais componentes passivos e compactos, desde que essa operação seja possível com uma maior frequência de comutação. Os criadores podem utilizar determinadas técnicas TEVE VIHY^MV WMKRM½GEXMZEQIRXI EW TIVHEW HI GSQYXEpnS HSW GSRZIVWSVIW HI IRIVKME I assim reduzir também os custos. Ralf Hauschild Engenheiro Principal, Centro de Engenharia e Design LSI da Europa Toshiba Electronics Europe GmbH Co-autor: Wolfgang Sayer Gestor de Linha RUTRONIK Elektronische Bauelemente GmbH
Uma parte essencial de cada sistema fotovoltaico é o inversor. A sua função é converter a corrente contínua para uma corrente alternada. As perdas de comutação dos transístores de energia influencia muito a sua eficiência. O grau de eficiência ideal é alcançado através da tipologia de circuitos e a escolha de componentes corretas. Para aumentar a eficiência, os inversores utilizam cada vez mais transístores feitos de materiais com lacunas na banda de valência, por exemplo, GaN ou SiC. O problema é que estas tecnologias são muito mais dispendiosas do que aquelas que utilizam componentes à base de silicone. Portanto, um sistema económico exige um design de circuito inovador que atinja o máximo grau de eficiência possível, utilizando ao mesmo tempo componentes à base de silicone.
3XMQM^EV S KVEY HI I½GMsRGME I\IQTPS HI YQE QIME ponte O exemplo de uma meia ponte é utilizado para ilustrar como o grau de eficiência de um inversor é otimizado ao reduzir, significativamente, as perdas de comutação. Envolve testar a comutação do fluxo atual do díodo de roda livre do transístor de comutação high side de bloqueio para o transístor de comutação low side (Figura 1). As perdas de comutação que ocorrem além das perdas óhmicas são determinadas por dois mecanismos de perdas: por um lado, pela carga de recuperação inversa (Qrr) armazenada no díodo de roda livre, que causa um pico de corrente no transístor de comutação low side ativado ao ligá-lo. E, por outro lado, pelo pico de corrente da carga que flui ao carregar a capacitância de saída (COSS) do transístor de comutação high side de bloqueio. O Bloqueio Inverso e Síncrono (SRB) adiciona um segundo transístor de comutação Q2 em série para bloquear a corrente inversa no díodo de roda livre do transístor de comutação Q1. A ativação do Q2 é sincronizada 34
Figura 1 Comutação da corrente e a perda de mecanismos ao comutar uma meia ponte (Fonte: Toshiba).
com o Q1. A corrente inversa passa através de um díodo Schottky de carboneto de silício (SiC) paralelo. Este díodo tem uma alta tensão de breakdown (rutura) e uma carga de recuperação inversa muito baixa, o que reduz significativamente o efeito da Qrr relativamente às perdas de comutação. A polaridade do díodo de roda livre do Q2 garante que as altas tensões não podem ser geradas através deste transístor. Deste modo, basta um modelo com baixa rigidez dielétrica (60 V). Com um SRB Avançado (A-SRB), as perdas causadas pelo carregamento da capacitância de saída do Q1 são drasticamente reduzidas ao pré-carregar o Q1 com uma tensão mais baixa. A capacitância de saída COSS depende muito da tensão dreno-fonte VDS. Ao aumentar VDS de 0 V para cerca de 40 V, a capacitância é reduzida, por exemplo, por um fator de cerca de 100.