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Por: André Tomaz de Carvalho
Freqüentemente surge a necessidade de controlar o chaveamento de circuitos eletrônicos. Por exemplo, ao acionar remotamente a bobina de um relé, ao controlar um motor de passo, ou ainda ao implementar conversores CC/CC e CC/CA , faz-se necessário estabelecer lógicas de abertura e fechamento de chaves em circuitos.
Chaves controladas são dispositivos semicondutores capazes de interromper, estabelecer e conduzir corrente elétrica em um circuito de acordo com determinados sinais de controle.
Idealmente, as chaves controladas têm as seguintes características desejáveis:
Naturalmente, tais dispositivos têm na realidade limitações. Dentre os diversos dispositivos semicondutores disponíveis, a escolha do tipo de chave deve ser feita de acordo com as características de cada projeto especificamente.
A primeira consideração em um projeto deve ser qual o tipo de chave adequado: transistores bipolares (controlados por corrente), IGBTs, MOSFETs, etc. Para avaliar corretamente a necessidade de um ou outro tipo de chave, deve-se ter em conta que há um compromisso entre a freqüência de chaveamento e a potência elétrica conduzida.
A Tabela-1 compara diversos tipos de chaves controladas quanto a suas potências e velocidades.
Tabela-1 - Comparação entre tipos de chaves controladas.
| Dispositivo | Capacidade de Potência | Velocidade de Chaveamento |
| Transistor Bipolar | média | média |
| MOSFET | baixa | rápida |
| GTO | alta | lenta |
| IGBT | média | média |
| MCT | média | média |
Tendo em vista a natureza e as dimensões dos projetos aqui discutidos, e como quase sempre buscaremos operar com potências e freqüências relativamente baixas, qualquer tipo de chave dentre as mencionadas satisfaria nossos requisitos. No entanto, sugerimos o MOSFET como chave preferencial em nossos projetos pelos seguintes motivos:
Sendo assim, o gate de um MOSFET poderia até mesmo ser ligado diretamente a um pino de saída da porta paralela (Obs: não recomendamos!), visto que este não drenaria corrente da porta, podendo ser acionado com um nível lógico TTL de 5 Vots.
Portanto, dado que trabalharemos com baixas potências, o MOSFET leva vantagem sobre outros tipos de chave principalmente quanto a sua velocidade. Para potências maiores (acima de 200A), outro tipo de chave deverá ser especificado.
Concretamente, na maioria das aplicações do GEDAE o IRF-640 tem sido utilizado com grande proveito dos resultados.
Trata-se de um Power MOSFET de canal-N, o qual possui as seguintes características:
Obs: Note que a chave pode ser controlada por níveis lógicos TTL.
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Fig.1 - Pinagem e Símbolo do IRF-640.
O funcionamento do componente é muito simples. Uma vez ligado como sugere a Fig.2, sempre que uma tensão de disparo Vgs for aplicada pelo circuito de controle, o MOSFET fechará o circuito de potência no sentido D-S. Igualando Vgs a zero, outra vez a chave abre-se e o circuito de potência é interrompido.
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Fig.2 - Ligação típica do IRF-640.
Dica: é necessário colocar o resistor Rg entre os terminais gate e source para que a tensão Vgs possa cair para zero quando o circuito de controle determinar que a chave se abra. Do contrário, permanece uma tensão residual no gate como se este fosse um capacitor carregado. Procure portanto acionar a chave utilizando a tensão sobre um pequeno resistor.
Note ainda que há um diodo de polarização reversa no próprio encapsulamento do transistor. Isso é muito conveniente ao chavearmos bobinas (relés, motores de passo,etc.), pois resolve o problema dos picos de tensão nos indutores submetidos a chaveamento.
A presença do diodo pode inclusive auxiliar na identificação da pinagem do componente, caso você tenha esquecido.
Atenção: note que este dispositivo chaveia correntes em um só sentido. Não tente, portanto, chavear correntes alternadas ou negativas. Para isso, use um relé.
Mais informações, veja aqui o data sheet: IRF-640.pdf
MOHAN, Ned; Power Electronics: Converters, Aplications and Design/ Ned Mohan, Tore M. Underlard, William P. Robbins. Ed. Wiley, Toronto, 1989.