DIODOS DE POTENCIAFernando Mantilla, Bryan Rivera, Iván Yépez

Diodos de potencia Funciona como un interruptor a fin de llevar a cabo diversas funciones

como interruptor en los rectificadores, marcha libre en los reguladores.

Para la mayoría de aplicaciones se pueden considerar ideales pero realmente difiere de las características ideales y posee ciertas limitaciones.

Los diodos de potencia se caracterizan principalmente porque en estado de conducción deben soportar una alta corriente con una pequeña caída de voltaje.

Mientras que en sentido inverso deben soportar una fuerte tensión negativa con una pequeña corriente de fuga.

Recuperación Inversa La corriente del diodo se debe al efecto de los portadores mayoritarios y

minoritarios.

Cuando esta polarizado directamente y su corriente reduce a cero el diodo continua conduciendo debido a los portadores minoritarios que permanecen almacenados en la unión pn.

Los portadores minoritarios requieren cierto tiempo para recombinarse con cargas opuestas y neutralizarse, este tiempo se conoce como tiempo de recuperación inversa

Clasificación

De uso general• Trabajan entre 50/60Hz

De alta velocidad• Para aplicaciones de conversión

Diodo Schottky• Restringidos a voltajes bajos

Diodos de uso general

Alto tiempo recuperación inversa

Utilizado en aplicaciones de baja frecuencia

Manejan voltajes entre 50 y 5KV

Manejan corrientes de menos de un amperio hasta varios miles

Diodos de alta velocidad

Circuitos de frecuencia elevada

Tiempo de recuperación pequeño

Necesita circuito de protección

Se usan en conversores cd-cd y cd-ca

Manejan voltajes entre 50 y 3 KV

Diodo Schottky Cuando se necesita caída de tensión directa pequeña

Para circuitos con voltajes de salida pequeños

Limitada capacidad de bloquear tensión

Características de algunos diodos comerciales

Diodos en Serie En muchas aplicaciones de alto voltaje un diodo de los que se

consiguen en el mercado no puede cumplir con las especificaciones de voltaje.

Los diodos se conectan en serie para aumentar su posibilidad de bloqueo inverso.

• Consideremos dos diodos en serie, las variables Vd e id son el voltaje y la corriente en sentido directo; mientras VD1 y VD2 son los voltajes en sentido inverso compartidos por D1 y D2.

• En la práctica las características v-i de diodos de un mismo tipo difieron debido a la tolerancia de sus procesos de producción.

• En la gráfica se muestra dos características v-i para los diodos.• En la condición de polarización directa ambos diodos conducen la

misma cantidad de corriente y la caída de voltaje en sentido directo sería similar.

• Sin embargo, en la condición de bloqueo inverso, cada diodo debe conducir la misma corriente de fuga y en consecuencia los voltajes de bloqueo pueden ser apreciablemente distintos.

Posible solución:Forzar la partición a voltajes iguales conectando un resistor en paralelo con cada diodo. Debido a la partición igual de voltajes la corriente de partición de cada diodo seria distinta:

Como la corriente total de fuga debe compartirse por un diodo y su resistor:

Sin Embargo:

Entonces:

Si las resistencias son iguales y los voltajes en los diodos serían un poco diferentes dependiendo de las desigualdades entre las dos características v-i. Los valores de VD1 y VD2 se pueden determinar con las ecuaciones:

Los voltajes compartidos bajo condiciones transitorias (debido a cargas conmutantes y las aplicaciones iniciales del voltaje de entrada) se obtienen conectando capacitores en paralelo con cada diodo. Rs limita la velocidad de aumento del voltaje de bloqueo.

Punto clave:

Cuando se conectan en serie diodos del mismo tipo, no comparten el mismo voltaje inverso, por falta de coincidencia en sus curvas características v-i.

Las redes de voltaje compartido se necesitan para igualar las repeticiones de voltaje.

Diodos en Paralelo

Los intentos de diodos en paralelo donde compartan la corriente tal que i1=i2=i/2, generalmente no funcionan. Por la razón de que tienen inestabilidad térmica por la dependencia de temperatura del diodo.

Incrementar la temperatura hace que se incremente la corriente o se reduzca el voltaje.

Si en esta configuración no se tiene en cuenta algunas medidas, solo uno acapara toda la corriente.

Medidas corriente requeridas:- Dispositivos que sean iguales entre sí.- Sustrato térmico común.- Construir un circuito externo que obligue a la corriente a balancearse.

Diodos en Paralelo

En aplicaciones de alta potencia, se conectan diodos en paralelo para aumentar la capacidad de conducción de corriente y cumplir con los requisitos deseados. La repartición de corriente entre los diodos, debe estar de acuerdo con sus respectivas caídas de voltaje directo. Se puede lograr un reparto unifor me de corriente mediante inductancias iguales (por ejemplo, en las ramas) o conectando resisto res (los cuales pueden ser prácticos, debido a las pérdidas de potencia)

Es posible minimizar este problema seleccionando diodos con caídas iguales de voltaje directo o diodos del mismo tipo. Ya que los diodos están conectados en paralelo.

Diodos en Paralelo

Los resistores de la figura (a) contribuyen a compartir la corriente en condiciones de es tado permanente. Se puede lograr la corriente compartidas bajo condiciones dinámicas, conectando inductores acoplados, como se ve en la figura (b). Si aumenta la corriente a través de D1>aumenta la L di/dt a través de L1 y se induce un voltaje correspondiente de polaridad opuesta a través del inductor L2. El resultado es una trayectoria de baja impedancia a través del diodo D2.

Punto Clave de Diodos en Paralelo

Cuando diodos del mismo tipo se conectan en paralelo, no comparten la misma corriente en el estado de conducción, debido a faltas de coincidencia de sus curvas características v-i; por lo que necesitan redes para igualar la corriente compartida.