Nas aplicações em que os FETs de potência são utilizados como elementos básicos, o controle do circuito pela corrente é comum. No entanto, para o projetistas, este método apresenta alguns inconvenientes que podem ser facilmente contornados com o SENSORFET. Desenvolvido pela Philips, este componente poderá ser encontrado em controles PWM, fontes chaveadas e outras aplicações que envolvem o controle de potência.
Na maioria dos projetos de circuitos que tratam do controle de potência, este é feito a partir da corrente circulante que é sensoriada, realimentando um circuito de controle. No modo mais comum, um resistor é ligado em série com o circuito, conforme mostra a figura 1, aparecendo neste componente uma tensão proporcional à corrente circulante e que serve de referência para os circuitos de controle.
Outra técnica utilizada para este controle faz uso de um transformador de corrente, também ligado em série com o circuito.
Entretanto, estas duas técnicas trazem alguns inconvenientes para os projetistas: a inserção de um resistor em série causa perdas de energia com a geração de calor num grau tanto mais elevado quanto maior for a corrente do circuito. Além disso, o emprego de um componente adicional também encarece o circuito e implica na necessidade de um espaço a mais na placa. O mesmo é válido para o caso dos projetos que usam transformadores de corrente.
A idéia básica da Philips ao criar o SensorFET foi a de colocar num mesmo componente os elementos para o controle de potência, ou seja, o próprio FET e um eletrodo adicional para sensoriamento, sem a necessidade de componentes externos adicionais.
O resultado final é que este novo componente encontra aplicações importantes na eletrônica de potência (industrial e de consumo), devendo portanto ser conhecido dos leitores profissionais destas áreas.
Na figura 2 temos o símbolo utilizado para representar este componente, observando o eletrodo (m) de sensoriamento cujo princípio de funcionamento será descrito no próximo item.
COMO FUNCIONA
Um transistor de efeito de campo de potência (Power - FET) pode ser considerado um circuito integrado em que centenas ou mesmo milhares de transistores de efeito de campo de pequena potência são ligados em paralelo.
O ponto mais crítico da fabricação dos FETs de potência é que cada elemento deveria ter as mesmas características, de modo que a corrente circulante fosse distribuída por igual por todo o componente.
No entanto, pode-se fabricar este componente de modo que um ou mais destes elementos sejam isolados e, assim, tenham um funcionamento independente em relação à fonte, mas em comum com a corrente de controle ou mesmo do dreno.
É justamente o que se faz no caso do SensorFET, conforme mostra a figura 3.
Na mesma pastilha são montados dois transistores de efeito de campo: um com uma resistência entre dreno e fonte (Rds) na condução, muito baixa, e que se destina justamente ao controle da carga principal. O outro transistor tem uma Rds(on) alta e é usado como sensor.
No modelo de aplicação mostrado na figura 4, vemos então que basta ligar à saída de sensoriamento (m) deste transistor um resistor (que não precisa ser de alta dissipação) para monitorar a corrente em todo o dispositivo.
Os tamanhos relativos dos dois transistores (sensor e principal) determinam o número de células que são usadas para cada um. Para os tipos comuns este número é da ordem de 1:1500.
Dessa forma, chegamos a um componente final que é encontrado num encapsulamento TO-220 de 5 pinos, sendo que, além dos terminais normais de dreno (d), gate (g) e source (s), temos o terminal de sensoriamento (m) e o terminal kelvin (K).
O terminal Kelvin serve para se ligar um resistor que determina o nível de sensoriamento sem a necessidade deste componente estar conectado ao circuito de potência.
APLICAÇÕES
Conforme já explicamos, a idéia básica do SensorFET é eliminar a necessidade de colocar um resistor de baixo valor e alta dissipação em série com o circuito de potência para se sensoriar a corrente circulante.
Assim, de acordo com a figura 5 onde temos um circuito de aplicação, o resistor de sensoriamento é de valor mais elevado (comum) e de baixa dissipação, fornecendo uma tensão proporcional à corrente no circuito para um comparador de tensão.
O valor do resistor de sensoriamento Rsense depende da tensão de referência (Vref) e do tipo de controle que será executado pelo circuito.
Para o SensorFET BUK795-50 da Philips, temos na figura 6 as curvas que mostram os valores assumidos pela tensão de sensoriamento (Vm) em função da corrente de dreno para diversos valores de resistores.
Um outro circuito de aplicação utiliza como referência a saída Kelvin (K) e é visto na figura 7.
Este circuito faz o sensoriamento com terra virtual e tem como principal vantagem o fato de ser independente da resistência sensora e da temperatura da junção.
Finalmente, mostramos como numa ponte H (meia ponte) é possível utilizar este componente para se obter uma saída sensora para controle de velocidade ou outra aplicação. O circuito exemplificado na figura 8 utiliza dois FETs de potência, sendo um deles um SensorFET.
CONCLUSÃO
O SensorFET consiste em uma alternativa importante para o projeto de circuitos de potência que precisem de um controle a partir de um sensoriamento da corrente.
Com este componente os custos do projeto podem ser reduzidos, além dele proporcionar outras vantagens que ficam claras neste artigo.
