Teste de semicondutores de potência (INS209)

Descrevemos a montagem de útil teste de semicondutores de potência. O circuito que se baseia numa prova dinâmica simples detecta se o componente está aberto, em curto ou apresenta fugas.

Os seguintes semicondutores podem ser testados:

* SCRs

* Power FETs

* Bipolares de potência (NPN e PNP)

* Darlington de potência (NPN e PNP)

* IGBTs

* Diodos

Tanto nas aplicações industriais como nas instalações elétricas e nos equipamentos de consumo, e automóveis os semiconductores de potência são cada vez mais usados.

Isso significa que não é apenas no laboratório de eletrônica que deve existir recursos para o teste deste tipo de componente. Nas oficinas de eletricidade de automóvel, de reparação de eletrodomésticos, para o técnico de instalações elétricas e o profissional de manutenção industrial, um teste de componentes de potência consiste num equipamento de grande utilidade.

Veja que neste caso não falamos do multímetro que faz um teste estático que nem sempre é conclusivo para alguns componentes, já que ele revela apenas o estado de junções e eventualmente a existência de curtos e fugas.

O teste que descrevemos neste artigo é mais completo pois no caso de transistores opera com sua polarização conforme o tipo e no caso de SCR faz o seu disparo.

Características:

* Tensão de teste: 12 a 15 V

* Corrente de teste: 500 mA

* Corrente de disparo para SCR: 10 a 50 mA

* Faixa de ganhos de bipolares: 5 a 200

* Faixa de ganhos de Darlingtons: 500 a 10000

* Corrente mínima do dispositivo testado: 500 mA

Como Funciona

O circuito consiste numa fonte de corrente contínua que gera aproximadamente 12 V, tensão esta que é aplicada no dispositivo em teste e nos circuitos de polarização ou disparo para verificar seu funcionamento.

O modo segundo o qual a tensão é aplicada e o circuito de polarização é ligado depende do tipo de dispositivo a ser testado.

Temos então as seguintes possibilidades:

a) Diodos

No caso dos diodos o que fazemos é simplesmente polarizá-los no sentido direto e depois inverso tendo em série uma lâmpada indicadora. Se o diodo estiver bom a lâmpada acende apenas na polarização no sentido direto.

b) Transistores bipolares

Dependendo do transistor ser NPN ou PNP temos a polaridade da tensão aplicada. Ligamos então a lâmpada indicadora em série com o coletor e aplicamos a polarização de base com um resistor de valor compatível com a corrente necessária à saturação. O resistor, conforme mostra a figura 1, é calculado para resultar numa corrente de aproximadamente 50 mA o que para um ganho mínimo de 10 vezes resulta nos 500 mA que fazem a lâmpada acender com pelo brilho.

R é calculado para saturar transistores com ganho 10.

Veja que a lâmpada só deve acender quando o interruptor que polariza a base for acionado.

c) Transistores Darlington

Neste caso, procedemos exatamente como no anterior, dependendo do transistor ser NPN ou PNP. No entanto, apenas o resistor de polarização de base é maior no sentido de que se necessita de uma corrente menor para levá-lo à saturação.

d) SCRs

No teste deste tipo de semicondutor, a lâmpada é ligada em série com o anodo que fica positivo em relação ao catodo. O SCR é então disparado pela conexão momentânea de um resistor de valor apropriado na sua comporta. Quando isso ocorre a lâmpada acende e assim permanece se o SCR estiver bom, conforme mostra a figura 2.

O SCR permanece disparado depois do teste.

O resistor é dimensionado para gerar uma corrente de disparo da ordem de 50 mA o que está dentro do exigido pela maioria dos SCRs comuns em uso em aplicações gerais.

e) IGBTs

O testes do Isolated Gate Bipolar Transistor ou IGBT é feito com a sua polarização do modo indicado na figura 3 conforme ele seja N ou P.

Teste de IGBT.

O resistor de base encarrega-se de aplicar a tensão necessária a saturação quando então, se ele estiver bom, a lâmpada deve acender.

f) Power FETs

Os power-FETs ou transistores de efeito de campo de potência são testados ligando-se em série com a lâmpada e polarizando-se sua comporta (gate) de modo que eles saturem, conforme mostra a figura 4.

Teste de Power-FETs.

Para isso o sentido da corrente principal e a tensão de polarização dependem do fato do transistor ser de canal N ou P.

No nosso projeto, um conjunto de chaves permite modificar a polaridade da tensão aplicada e o modo como é feita a polarização do componente em teste.

MONTAGEM

Na figura 5 temos o diagrama completo do teste de semicondutores de potência.

Diagrama completo do provador.

A placa de circuito impresso para esta montagem é mostrada na figura 6.

Sugestão de placa.

O transformador tem enrolamento primário de acordo com a rede de energia e o secundário não é crítico podendo ter tensões entre 9 e 12 V com corrente de 1 ampère.

Como a chave rotativa de 1 pólo x 4 posições é um componente com certa dificuldade de obtenção, nada impede que o leitor faça a seleção dos resistores por interruptores simples, tendo apenas o cuidado de sempre ter apenas uma chave acionada, conforme mostra a figura 7

Usando interruptores simples em lugar de S4 rotativa.

Os resistores têm qualquer tolerância e a dissipação é indicada na relação de materiais no caso de cada um.

A lâmpada é de 12 V x 250 a 500 mA do tipo usado em aplicações automotivas como por exemplo iluminação de painéis, interior de carro (luz de cortesia) e lanterna.

Os LEDs podem ser tanto do tipo comum (vermelho e verde) como bicolores para uma montagem mais sofisticada.

O conjunto pode ser montado em caixa de plástico ou madeira a gosto de cada montador.

Para a conexão dos componentes em prova podem ser usados fios com garras pequenas. Os fios ou as garras devem ter cores diferentes para maior facilidade de identificação na ligação ao componente em teste.

PROVA E USO

A prova de funcionamento é simples: encostando a garra preta na vermelha em qualquer posição de teste (NPN ou PNP) a lâmpada deve acender com máximo brilho.

Os procedimentos de teste para cada tipo de componente são dados a seguir:

a) Diodos

Controle - Condição

S2 - A ou B

S4 - Qualquer

Garras

Vermelha - anodo

Preta - catodo

Teste:

* Coloque a chave S2 nas posições A ou B

* A lâmpada deve acender numa posição e não na outra para um diodo bom. Se acender nas duas o diodo está em curto e se não acender em nenhuma o diodo está aberto.

* Brilho fraco quando não deveria acender indica diodo com fugas

b) Transistor Bipolar NPN ou PNP de potência

Controle - Condição

S2  - B para transistores NPN / A para transistores PNP

S4 - Posição 1

Garras

Vermelha - coletor

Verde - base

Preta - emissor

Procedimento:

* A lâmpada deve permanecer apagada até que S3 seja pressionado. Neste instante deve acender.

* Se ficar acesa quando S3 não for pressionado o transistor está em curto. Se acender com brilho reduzido nesta condição o transistor está com fugas

* Se não acender quando S3 for pressionado o transistor está aberto

c) Darlingtons de Potência NPN ou PNP

Controle - Condição

^{S2  -} B para transistores NPN / A para transistores PNP

S4 - Posição 2

Garras

Vermelha - coletor

Verde - base

Preta - emissor

Procedimento:

* Ao ligar o aparelho a lâmpada deve permanecer apagada. Se acender o transistor está em curto. Se o brilho for reduzido, o transistor apresenta fugas.

* Ao pressionar S3 a lâmpada deve acender. Se não acender, o transistor se encontra aberto.

d) SCR

Controle - Condição

S2 - Posição B

S3 - Posição 1 para SCRs pouco sensíveis (126, etc) / Posição 2 para SCRs sensíveis (106)

Garras

Vermelha - anodo

Verde - comporta (gate)

Preta - catodo

Procedimento:

* Ao ligar o aparelho a lâmpada deve permanecer apagada. se acender o SCR está em curto.

* Pressionando S3 a lâmpada deve acender e assim permanecer mesmo depois que S3 seja liberado. Para desligar o SCR é preciso desligar por um momento S1 e ligar novamente o aparelho.

* Se ao pressionar S3 o SCR a lâmpada não acender o SCR está aberto.

e) IGBT

Controle - Condição

S2 - B para tipos N / A para tipos P

S4 - Posição 2

Garras

Vermelha - coletor

Verde - comporta (gate)

Preta - emissor

Procedimento:

* Ao ligar S1 a lâmpada não deve acender. Se isso ocorrer o componente se encontra com problemas (curto). Se acender com brilho reduzido o transistor está com fugas.

* Ao pressionar S3 a lâmpada deve acender para um transistor bom.

f) Power FETs (canal N ou P)

Controle  - Condição

S2 - B para canal N / A para canal P

S4 - Posição 3

Garras

Vermelha - dreno (d)

Verde - comporta (g)

Preta - fonte (s)

Procedimento:

* Ao ligar S1 não deve acender a lâmpada. Se acender o transistor está em curto. Se apresentar brilho reduzido o transistor está com fugas.

* Pressionando S3 a lâmpada deve acender. Isso não ocorrer o transistor está aberto.

Observações:

* O LED1 e o LED2 indica a polaridade do teste (NPN ou PNP, canal N ou P) - se houver inversão em geral o componente em teste não é danificado.

* Ao pressionar S3 os LEDs 3 e 4 indicam a polaridade da tensão que está sendo aplicada ao elemento de controle.

* Com transistores de muito baixo ganho e a chave S4 na posição 1, a lâmpada pode não acender com seu máximo brilho.