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Àrea de Operação Segura ou SOA (ART1462)

Você sabe o que significa SOA ou SOAR, acrônimo encontrado nos datasheets de muitos componentes, principalmente componentes de potência como transistores? Estes acrônimos são de vital importância para quem trabalha com transistores de potência. É deles que trataremos neste artigo

SOAR significa Safe Operating Area Region ou Região da Área de Operação segura, enquanto SOA significa Safe Operating Area ou Área de Operação Segura.

Estes dois termos são encontrados nas especificações de transistores e outros componentes, indicando o modo como devemos utilizar um componente de potência sem o perigo de ele queimar por problemas de dissipação.

Vamos explicar detalhadamente o que eles significam para as especificações de um transistor de potência.

Quando dizemos que um transistor, como o 2N30155 tem uma corrente máxima de coletor de 15 A e suporta uma tensão máxima de 100 V entre o coletor e o emissor, isso não significa que podemos usar este componente nestes limites.

 

Figura 1 – Do datasheet do 2N3055
Figura 1 – Do datasheet do 2N3055

 

Isso pode levar os menos avisados a pensar que se ligarem este componente a uma carga apropriada que receba os 100 V e 15 A do transistor, eles terão uma potência disponível de 1 500 W (15 x 100).

Não é verdade, pois além do transistor só poder dissipar 15 W, existem limites a serem respeitados. Os 15 A máximos só estão disponíveis numa determinada faixa de tensão de operação do transistor.

Da mesma forma, só poderemos ter 100 V entre o coletor e emissor (Vcbomax) em condições especiais.

Como então saber como usar o transistor na corrente e na tensão desejadas?

Para isso, os fabricantes, em seus datasheets fornecem um gráfico denominado SOA ou SOAR que indica justamente as condições operacionais do transistor de forma segura.

Na figura 2 temos justamente esse gráfico elaborado de forma simplificada para o 2N3055, que é o transistor que tomamos como exemplo.

É importante observar que o gráfico é feito para uma temperatura máxima do componente de 70º C. Isso significa que acima dessa temperatura o componente tem suas característics deteriorando-se rapidamente.

 

Figura 2 – Gráfico SOA para o 2N3055
Figura 2 – Gráfico SOA para o 2N3055

 

Conforme podemos ver, a região de corrente máxima de 15 A só é aplicada para baixas tensões entre coletor e emissor, até aproximadamente uns 6 ou 7 V. (curva inferior)

Depois disso, a corrente máxima começa a cair e em torno de 100 V ela já é inferior a 1 A.

É por isso motivo que muitos leitores nos escrevem “não entendendo” por que numa simples fonte de 12 V x 10 A usamos três 2N3055 em paralelo (3,3 A para cada um) quando um deles poderia ser suficiente.

Veja pelo gráfico que, em 12 V, a corrente máxima que um 2N3055 poderia operar não é muito maior do que uns 5 A.

Dando uma tolerância, para que o limite de dissipação não seja alcançado, isso justifica o uso de três transistores na fonte.

No Gráfico temos uma segunda curva que serve para indicar o comportamento do componente sub regime pulsante (num controle PWM, ou numa fonte chaveada, por exemplo).

Com pulsos de 100 us, por exemplo, o transistor pode ir além em termos de corrente máxima, chegando mais perto dos 10 V para uma corrente de 15 A, mas vemos que em torno de 12 V essa corrente já cai para algo em torno de 10 A.

 

Máximos de um transistor

Não basta levar em conta a tensão máxima, corrente máxima e potência máxima de um transistor para saber “até onde ele vai”. O procedimento correto é analisar todas as condições simultaneamente para que numa aplicação, os limites do componente não sejam ultrapassados.

 

Atualmente, transistores de potência encontram uma enorme gama de aplicações no acionamento de motores de passo, inversores, PWM, fontes chaveadas, etc., o que os leva na maioria dos casos a operação com pulsos.

No entanto, para garantir que eles operem de forma segura dentro da área delimitada pela curva SOA é preciso estar atento quando fazemos um projeto, ou quando elegemos um transistor para substituir outro numa determinada aplicação.

Verifique sempre se o transistor vai operar dentro da área segura, com uma boa tolerância, para garantir que os limites de dissipação de calor não sejam ultrapassados.

É importante observar que os limites determinados pela curva SOA não válidos apenas para transistores bipolares, mas também para outros componentes, inclusive aqueles que não operam com potências elevadas.

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