diodos de potencia

DIODOS DE POTENCIA

Comprender las características de los diodos y su modelos

Introducción

• Los diodos importantes circuitos electrónicos de potencia para la conversión de energía eléctrica

• Funciona como un interruptor• Conmutadores en rectificadores• Aislamiento de voltaje • Inversión de carga de capacitor ,etc• Los diodos de potencia se parecen a los diodos de

señal mayor capacidad de manejo de potencia, voltaje , corriente

• Respuesta de frecuencia baja a los diodos de señal

Material

• Tipo N Dopado con elementos pentavalentes, creando electrones sueltos aumentando la conductividad del material

• Cuando se dopa en forma intensa se denomina dopado n+, llamándose semiconductor de tipo n+

• Tipo P Dopado con elementos trivalentes formando huecos para llenar con un electrón adyacente aumentando la conductividad del material

• Cuando está muy dopado se denomina p+, llamándose semiconductor de tipo p+

Características del diodo

• Dispositivo de unión pn • P.D Conduce Corriente y tiene una caída de

voltaje a través de él relativamente pequeña • P.I Pasa una I pequeña en inversa llamada

corriente de fuga o pérdida en el orden u o mA , esta corriente de fuga aumenta de magnitud en forma paulatina hasta llegar al voltaje de avalancha o de zener

Curva característica v – i

Ecuación del diodo• Las características de v-i se pueden expresar por

una ecuación llamada ecuación de diodo de Schokley para el funcionamiento en estado permanente

• ID= Corriente del diodo• VD= Voltaje del diodo• Is= Corriente de fuga o saturación 10-6 y 10-15 A• n = coeficiente de emisión o factor de idealidad ,

cuyo valor varía 1 a 2(1,1 y 1,8)• VT= voltaje térmico • VT≈ 25.7mV

Regiones

• Región de polarización directa : VD>0 ID≈ muy pequeña

• Región de polarización inversa: VD<0 VD es negativo

• Región de rompimiento: de ruptura o avalancha el V inverso alto, la corriente en inversa aumenta en forma rápida

Características en recuperación inversa

• La corriente en un diodo en P.D. es debido al efecto neto de los portadores mayoritarios y minoritarios

• Cuando el diodo está en P.D. la corriente se reduce a cero y el diodo continua conduciendo por los portadores de minoría que quedan almacenados en la unión pn


• Los portadores minoritarios requieren tiempo para recombinarse con cargas opuestas, a este tiempo se lo denomina tiempo de recuperación inversa ( trr)

• Ta almacenamiento de cargas en la región de agotamiento• Tb almacenamiento de carga en la masa del material

semiconductor • trr = ta + tb


• La variable trr depende de la temperatura de la unión, de la velocidad en sentido directo, así como la corriente antes de la conmutación

• La razón entre tb/ta se le denomina factor de suavidad


• La corriente pico en sentido inverso

• La carga de recuperación inversa (QRR) es el valor con él área encerrada por la trayectoria IRR

Tipos de diodos

• En un caso ideal un diodo no debe tener trr, pero el costo se aumenta, en algunas aplicaciones el efecto del tiempo no interesa y se puede usar diodos poco costosos

• Dependiendo de las características de recuperación y las técnicas de manufactura los diodos se clasifican en:

Tipos de diodos de potencia

• Diodos normales de propósito general• Tienen un Trr >>> grande ≈ 25u seg• Aplicaciones de baja velocidad • Corrientes menos de 1 A hasta miles de

amperes• Voltaje es de 50 V hasta 5kV• Existen dos tipos: tipo perno o de disco


• Diodos de recuperación rápida • Trr corto menor a 5 u seg• Usados en convertidores de cd – cd /cd – ca• Voltaje de 50 V a 3kV • Corrientes menos de 1 A hasta cientos de

amperios


• Diodos Schottky• Posee un potencial de barrera • El efecto de recuperación solo se debe a la

capacitancia propia de la unión • Posee una caída de voltaje relativamente baja

en sentido directo• Voltaje máximo 100V• Corrientes de 1 a 400 A

Diodos conectados en serie

• Los diodos se conecta en serie para aumentar sus posibilidades de bloqueo inverso

• En P.D. Los diodos conducen la misma cantidad de corriente y la caída de voltaje en directo sería casi igual

• P.I. cada diodo conduce la misma l de fuga por lo tanto los voltajes de bloqueo son distintos

Diodo serie

• Solución conectar resistores en paralelo a cada diodo

Ejemplo

• Se conectan 2 diodos en serie para compartir un voltaje total en sentido inverso de VD= 5KV. Las corrientes de fuga son Is1= 30mA e Is2= 35mA. Determinar:

• a) Los voltajes del diodo si las resistencias R1= R2 =100KΩ

• b) Las resistencias R1 y R2 ; VD1= VD2= VD/2

Diodos en Paralelo

• Se conectan en paralelo para aumentar la capacidad de conducción de corriente

• La repartición de corriente debe estar de acuerdo con sus respectivas caídas de voltaje directo

• Se logra un reparto uniforme de corriente mediante inductancias iguales o conectando resistores

• Es posible minimizar este problema seleccionando diodos con caídas de voltaje directo o diodos del mismo tipo

Diodos en paralelo

Conclusión

• Durante el tiempo de recuperación inversa el diodo se comporta como un cortocircuito y no es capaz de bloquear el voltaje en sentido inverso, deja pasar la corriente en sentido inverso .

• El parámetro trr es importante en las aplicaciones de conmutación

Conclusión

• Dependiendo del tiempo de recuperación en conmutación y de la caída en estado de conducción los diodos de potencia son de tres tipos.

• Cuando se conectan diodos del mismo tipo, no comparten el mismo voltaje inverso, por la falta de coincidencia en sus curvas

Conclusión

• Cuando diodos del mismo tipo se conectan en paralelo, no comparten la misma corriente en estado estable de conducción debido a falta de coincidencia de sus curvas de v – i, por lo que necesitan redes para igualar la corriente compartida

Tarea en Clase

• 1.- La caída directa de voltaje de un diodo de potencia es VD= 1.2V a ID= 300 A. suponiendo que n= 2 y VT= 25mV . Calcular la corriente de saturación ?

• 2.- El tiempo de recuperación inversa de un diodo es trr= 3u seg y la velocidad de la caída de la corriente di/dt= 30A/useg. Determinar

• a) La Qrr de almacenamiento• b) La corriente pico en sentido inverso

Tarea en Clase

• Se conectan dos diodos en serie y se mantiene igual el voltaje a través de cada uno de ellos, conectando una resistencia de voltaje compartido, de tal modo que VD1 = VD2 = 2000V y R1= 100kΩ. Calcule las corrientes de fuga de cada diodo y la resistencia R2 a través del diodo D2

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