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Usando MOSFETs de canal P (ART664)

Muito mais comuns nos projetos de eletrônica de potência são os MOSFETs de canal N. Assim, a maioria dos profissionais de projeto está acostumada a utilizar esses componentes, esquecendo que existem os tipos de canal P. O que talvez muitos não saibam é que a simples troca de polaridade desse componente, pode ajudar a melhorar o desempenho de um projeto e simplificar um circuito. Nesse artigo, baseado em Application Note da IRF (International Rectifier) mostramos como isso pode ser feito. O artigo não é recente, mas na atualização e revisão de 2012, observamos sua atualidade. Outros artigos relacionados ao assunto podem ser encontrados no site.

Na verdade, se consultarmos as listas de componentes disponíveis da maioria dos fabricantes de semicondutores, vemos que a maioria dos MOSFETs de potência disponíveis são de canal N.

Os poucos tipos de canal P, além de mais caros, não têm as mesmas especificações de corrente e tensão que os tipos de canal N.

No entanto, os MOSFETs de canal P estão se tornando mais comuns, e isso pode levar a uma utilização maior, não só dada a facilidade de obtenção, mas também às vantagens reais que eles podem trazer em certos projetos.

De fato, a excitação dos MOSFETs de Canal P pode ser elaborada de modo mais simples e isso pode significar uma economia de espaço e componentes em projetos que hoje em dia, são cada vez mais sensíveis a essas características.

 

 

As Características dos MOSFETs de Canal P

Os MOSFETs de canal P também são dispositivos que tem uma estrutura no modo de enriquecimento , com símbolo mostrado na figura 1.

 

Figura 1
Figura 1

 

Uma tensão entre a comporta (gate) e a fonte (source) leva o dispositivo a conduzir a corrente entre a fonte (source) e o dreno (drain).

As diferenças em relação aos dispositivos de canal N estão justamente na polaridade da tensão que deve ser aplicada à comporta e no sentido da corrente que circula através do dispositivo.

Como no caso de transistores bipolares NPN e PNP, podemos dizer que os MOSFETs de Canal N e de Canal P são "complementares".

No entanto, as diferenças não estão só nessas características. Como os transistores de canal P são fabricados num pedaço de material epitaxial P, onde os portadores de carga são lacunas, a mobilidade dessas cargas é três vezes menor do que no material N.

Isso leva a uma resistência Rds(on) maior, transcondutância menor e a uma capacitância de entrada também maior.

No entanto, esses pontos desfavoráveis podem ser compensados por outros pontos favoráveis para determinados tipos de projetos.

Vejamos a seguir quais são essas aplicações:

 

 

Aplicações em que o MOSFET de Canal P é Vantajoso

Apesar de ser mais lento e ter uma Rds(on) maior, existem muitos casos em que é muito mais vantajoso utilizar um MOSFET de canal P do que um de canal N. Vejamos alguns.

 

a) Cargas Aterradas

Uma primeira aplicação em que o uso do MOSFET de canal P é vantajoso é quando a carga está com uma de suas extremidades ligada a terra, conforme mostra a figura 2.

 

Figura 2
Figura 2

 

Evidentemente, conforme mostra essa figura, excitando o MOSFET de canal P com uma saída lógica CMOS, a carga estará ativada com o nível lógico 0 e desativada com o nível lógico 1.

A desvantagem desse circuito ocorre se a carga precisar ser alimentada com tensões superiores a 15 V. Nesse caso, não é possível usar fontes separada para a lógica e para a carga, dado o fato de a conexão comum ficar do lado positivo da alimentação.

 

b) Modo Linear

Conforme mostra a figura 3, os MOSFETs de canal P também podem operar no modo linear, amplificando sinais.

 

Figura 3
Figura 3

 

Nesta configuração, podemos empregar esse tipo de componente em reguladores de tensão lineares no caso em que uma carga tem um dos seus terminais ligado à terra.

Para o CA3140 (Amplificador Operacional com JFET na entrada) a tensão máxima de operação do circuito é de 18 V.

Na figura 4 mostramos uma configuração em que temos um circuito de realimentação para regulagem de corrente, com fonte simétrica.

 

Figura 4
Figura 4

 

 

c) Circuito Comutador Totem-Pole

Um bloco comum de circuitos comutados é o que faz uso da configuração Totem-Pole, ou seja, dois transistores complementares são ligados em série, conforme mostra a figura 5.

 

Figura 5
Figura 5

 

Essa configuração pode ser encontrada em fontes chaveadas, amplificadores Classe D, controles de velocidade e transmissores de AM.

Uma vantagem desse circuito está na sua capacidade de operar com altas tensões. Outro ponto importante a ser considerado é que os drenos dos MOSFETs de potência normalmente estão conectados a aleta dissipadora.

Assim, como eles estão interligados, os dois transistores podem ser montados num mesmo dissipador, sem a necessidade de isolamento elétrico.

Se a tensão de alimentação for inferior a 20 V as comportas podem ser interligadas, conforme mostra o circuito da figura 6.

 

Figura 6
Figura 6

 

Veja que nesta aplicação, o sinal deve ter uma taxa de crescimento suficientemente elevada para evitar a permanência do dispositivo por muito tempo na zona linear de operação.

Também deve ser levado em conta que nesse modo de operação existe um período de tempo da transição da tensão de comporta, entre o limiar inferior em torno de 3 V e o limiar superior de 12 V em que ambos os dispositivos permanecem em condução.

Um seguidor de fonte para essa configuração é mostrado na figura 7.

 

Figura 7
Figura 7

 


Conclusão

Nos casos indicados neste artigo, o uso de MOSFET de potência de canal P podem ser interessantes, desde que suas características de velocidade e de condução não comprometam o seu desempenho.

Conforme vimos. a possibilidade de usá-los em cargas aterradas ou ainda de modo complementar (totem-pole) pode ajudar a obter configurações interessantes.

O projetista deve pensar na possibilidade de usar esses componentes, antes de partir diretamente para outras soluções que podem ser menos convenientes.

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