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Das válvulas de arco de mercúrio aos semicondutores modernos: como a evolução da eletrônica de potência mudou o mundo?
O avanço da tecnologia de eletrônica de potência é particularmente importante para a transformação do estilo de vida da sociedade moderna. Esta tecnologia concentra-se no controle e conversão de eletricidade. Remontando aos primeiros dispositivos eletrônicos de alta potência, pode-se dizer que a invenção da válvula de arco de mercúrio inaugurou uma nova era tecnológica. Hoje, os modernos dispositivos de comutação de semicondutores, como diodos, tiristores e MOSFETs de potência, não apenas substituíram os primeiros tubos de vácuo, mas também alcançaram novos avanços tecnológicos. Esses dispositivos nos permitem processar com eficiência grandes quantidades de energia elétrica, que se tornou indispensável em diversos produtos eletrônicos.
Na faixa de dezenas de watts a centenas de watts, os conversores CA/CC (retificadores) são os equipamentos eletrônicos de potência mais comuns e são amplamente utilizados em televisores, computadores pessoais e carregadores de bateria.
História da tecnologia de eletrônica de potência
O desenvolvimento da tecnologia de eletrônica de potência começou no início do século XX. O retificador de arco de mercúrio inventado por Peter Cooper Hewitt em 1902 tornou-se um importante dispositivo para converter corrente alternada em corrente contínua. Com o advento do retificador de selênio em 1933, seguido pela invenção do transistor de contato bipolar (BJT) e do retificador controlado de silício (SCR), a tecnologia de eletrônica de potência entrou em um novo estágio de desenvolvimento. Desde então, os avanços na tecnologia de semicondutores permitiram que diodos semicondutores de maior potência substituíssem gradualmente os tubos de vácuo, e também surgiu a tecnologia para acionamento de frequência variável de motores.
A história da tecnologia de eletrônica de potência testemunhou o nascimento de muitas inovações importantes, tornando-a uma pedra angular indispensável da moderna eletrônica industrial e de consumo.
Aplicações de semicondutores modernos em eletrônica de potência
Nas últimas décadas, o rápido desenvolvimento da tecnologia de semicondutores deu origem a diferentes dispositivos eletrônicos, dos quais os mais notáveis incluem as tecnologias MOSFET de potência e IGBT. Os MOSFETs de potência são os dispositivos de potência mais comuns no mundo atualmente devido à sua baixa potência de acionamento de porta, velocidades de comutação rápidas e robustez. Os IGBTs começaram a ser amplamente utilizados na década de 1990, integrando as capacidades de manipulação de energia dos transistores bipolares com as vantagens do acionamento de porta isolada dos MOSFETs.
A ampla aplicação do MOSFET de potência abrange equipamentos de informação portáteis, circuitos integrados de potência, telefones celulares, laptops e infraestrutura de comunicação que suporta a Internet.
Progresso e mudanças nos equipamentos
O desempenho e a economia dos sistemas modernos de eletrônica de potência dependem das características dos dispositivos ativos. À medida que os equipamentos de estado sólido melhoraram nas capacidades de manuseio de tensão e corrente, os equipamentos de vácuo foram quase completamente substituídos. Eles são amplamente utilizados como interruptores ou amplificadores e seu projeto deve levar em consideração a eficiência e as perdas de potência, que são críticas para a eficácia geral dos conversores eletrônicos de potência.
Uma chave ideal deve estar ligada ou desligada para não consumir energia, e dispositivos semicondutores podem se aproximar desse comportamento ideal, permitindo melhorias significativas na eficiência em aplicações de eletrônica de potência.
Conversor CC/CA (inversor)
A forma de onda de saída CA produzida por um conversor CC para CA vem de uma fonte CC, e esse tipo de inversor é frequentemente usado em aplicações como inversores de frequência variável, sistemas UPS, sistemas de transmissão CA flexíveis, etc. Com o avanço contínuo da tecnologia, os tipos e funções dos inversores tornaram-se cada vez mais diversificados. Por exemplo, o surgimento dos inversores multinível tornou a forma de onda de saída CA gerada mais próxima de uma onda senoidal, melhorando assim a qualidade do fornecimento de energia.
Essas tecnologias de inversores têm características próprias e competem entre si, impulsionando o desenvolvimento de toda a indústria e mudando em grande medida a forma como utilizamos a eletricidade.
Olhando para o futuro
À medida que a tecnologia da eletrónica de potência continua a desenvolver-se, temos testemunhado a evolução das válvulas de arco de mercúrio para os semicondutores modernos, o que não só mudou a produção industrial, mas também afetou a nossa vida quotidiana. Os avanços nestas tecnologias não só melhoram a eficiência energética, mas também promovem a integração de energias renováveis, promovendo ainda mais a realização de cidades inteligentes e redes inteligentes. No futuro, como irá a electrónica de potência continuar a promover o progresso tecnológico e a enfrentar os desafios das alterações climáticas?
