Diodo de Potencia
El diodo de potencia
Uno de los dispositivos más importantes de los circuitos de potencia son los diodos, aunque tienen, entre otras, las siguientes limitaciones : son dispositivos unidireccionales, no pudiendo circular la corriente en sentido contrario al de conducción. El único procedimiento de control es invertir el voltaje entre ánodo y cátodo.
Los diodos de potencia se caracterizan porque en estado de conducción, deben ser capaces de soportar una alta intensidad con una pequeña caída de tensión. En sentido inverso, deben ser capaces de soportar una fuerte tensión negativa de ánodo con una pequeña intensidad de fugas.
La curva característica será la que se puede ver a continuación
VRRM: tensión inversa máxima
VD: tensión de codo.
A continuación vamos a ir viendo las características más importantes del diodo, las cuales podemos agrupar de la siguiente forma:
Características estáticas:
Parámetros en bloqueo (polarización inversa).
Parámetros en conducción.
Modelo estático.
Introduce Características dinámicas:
Tiempo de recuperación inverso (trr).
Influencia del trr en la conmutación.
Tiempo de recuperación directo.
potencia
o Potencia máxima disipable.
o Potencia media disipada.
o Potencia inversa de pico repetitivo.
o Potencia inversa de pico no repetitivo.
Características estáticas
Parámetros en bloqueo
Tensión inversa de pico de trabajo (VRWM): es la que puede ser soportada por el dispositivo de forma continuada, sin peligro de entrar en ruptura por avalancha.
Tensión inversa de pico repetitivo (VRRM): es la que puede ser soportada en picos de 1 ms, repetidos cada 10 ms de forma continuada.
Tensión inversa de pico no repetitiva (VRSM): es aquella que puede ser soportada una sola vez durante 10ms cada 10 minutos o más.
Tensión de ruptura (VBR): si se alcanza, aunque sea una sola vez, durante 10 ms el diodo puede destruirse o degradar las características del mismo.
Tensión inversa contínua (VR): es la tensión continua que soporta el diodo en estado de bloqueo.
Parámetros en conducción
Intensidad media nominal (IF(AV)): es el valor medio de la máxima intensidad de impulsos sinusuidales de 180º que el diodo puede soportar.
Intensidad de pico repetitivo (IFRM): es aquella que puede ser soportada cada 20 ms , con una duración de pico a 1 ms, a una determinada temperatura de la cápsula (normalmente 25º).
Intensidad directa de pico no repetitiva (IFSM): es el máximo pico de intensidad aplicable, una vez cada 10 minutos, con una duración de 10 ms.
Intensidad directa (IF): es la corriente que circula por el diodo cuando se encuentra en el estado de conducción.
Modelos estáticos del diodo
Los distintos modelos del diodo en su región directa (modelos estáticos) se representan en la figura superior. Estos modelos facilitan los cálculos a realizar, para lo cual debemos escoger el modelo adecuado según el nivel de precisión que necesitemos.
Estos modelos se suelen emplear para cálculos a mano, reservando modelos más complejos para programas de simulación como PSPICE. Dichos modelos suelen ser proporcionados por el fabricante, e incluso pueden venir ya en las librerías del programa.
Características dinámicas
recuperación inverso
El paso del estado de conducción al de bloqueo en el diodo no se efectúa instantáneamente. Si un diodo se encuentra conduciendo una intensidad IF, la zona central de la unión P-N está saturada de portadores mayoritarios con tanta mayor densidad de éstos cuanto mayor sea IF. Si mediante la aplicación de una tensión inversa forzamos la anulación de la corriente con cierta velocidad di/dt, resultará que después del paso por cero de la corriente existe cierta cantidad de portadores que cambian su sentido de movimiento y permiten que el diodo conduzca en sentido contrario durante un instante. La tensión inversa entre ánodo y cátodo no se establece hasta después del tiempo ta llamado tiempo de almacenamiento, en el que los portadores empiezan a escasear y aparece en la unión la zona de carga espacial. La intensidad todavía tarda un tiempo tb (llamado tiempo de caída) en pasar de un valor de pico negativo (IRRM) a un valor despreciable mientras van desapareciedo el exceso de portadores.
o ta (tiempo de almacenamiento): es el tiempo que transcurre desde el paso por cero de la intensidad hasta llegar al pico negativo.
o tb (tiempo de caída): es el tiempo transcurrido desde el pico negativo de intensidad hasta que ésta se anula, y es debido a la descarga de la capacidad de la unión polarizada en inverso. En la práctica se suele medir desde el valor de pico negativo de la intensidad hasta el 10 % de éste.
o trr (tiempo de recuperación inversa): es la suma de ta y tb.
o Qrr: se define como la carga eléctrica desplazada, y representa el área negativa de la característica de recuperación inversa del diodo.
o di/dt: es el pico negativo de la intensidad.
o Irr: es el pico negativo de la intensidad.
La relación entre tb/ta es conocida como factor de suavizado "SF".
Si observamos la gráfica podemos considerar Qrr por el área de un triángulo :
Tiempo de recuperación directo
tfr (tiempo de recuperación directo): es el tiempo que transcurre entre el instante en que la tensión ánodo-cátodo se hace positiva y el instante en que dicha tensión se estabiliza en el valor VF.
Este tiempo es bastante menor que el de recuperación inversa y no suele producir pérdidas de potencia apreciables.
Disipación de potencia
Potencia máxima disipable (Pmáx)
Es un valor de potencia que el dispositivo puede disipar, pero no debemos confundirlo con la potencia que disipa el diodo durante el funcionamiento, llamada ésta potencia de trabajo.
Potencia media disipada (PAV)
Es la disipación de potencia resultante cuando el dispositivo se encuentra en estado de conducción, si se desprecia la potencia disipada debida a la corriente de fugas.
Se define la potencia media (PAV) que puede disipar el dispositivo, como:
Potencia inversa de pico repetitiva (PRRM:
Es la máxima potencia que puede disipar el dispositivo en estado de bloqueo.
Potencia inversa de pico no repeptitiva (PRSM)
Similar a la anterior, pero dada para un pulso único.
Uno de los dispositivos más importantes de los circuitos de potencia son los diodos, aunque tienen, entre otras, las siguientes limitaciones : son dispositivos unidireccionales, no pudiendo circular la corriente en sentido contrario al de conducción. El único procedimiento de control es invertir el voltaje entre ánodo y cátodo.
Los diodos de potencia se caracterizan porque en estado de conducción, deben ser capaces de soportar una alta intensidad con una pequeña caída de tensión. En sentido inverso, deben ser capaces de soportar una fuerte tensión negativa de ánodo con una pequeña intensidad de fugas.
La curva característica será la que se puede ver a continuación
VRRM: tensión inversa máxima
VD: tensión de codo.
A continuación vamos a ir viendo las características más importantes del diodo, las cuales podemos agrupar de la siguiente forma:
Características estáticas:
Parámetros en bloqueo (polarización inversa).
Parámetros en conducción.
Modelo estático.
Introduce Características dinámicas:
Tiempo de recuperación inverso (trr).
Influencia del trr en la conmutación.
Tiempo de recuperación directo.
potencia
o Potencia máxima disipable.
o Potencia media disipada.
o Potencia inversa de pico repetitivo.
o Potencia inversa de pico no repetitivo.
Características estáticas
Parámetros en bloqueo
Tensión inversa de pico de trabajo (VRWM): es la que puede ser soportada por el dispositivo de forma continuada, sin peligro de entrar en ruptura por avalancha.
Tensión inversa de pico repetitivo (VRRM): es la que puede ser soportada en picos de 1 ms, repetidos cada 10 ms de forma continuada.
Tensión inversa de pico no repetitiva (VRSM): es aquella que puede ser soportada una sola vez durante 10ms cada 10 minutos o más.
Tensión de ruptura (VBR): si se alcanza, aunque sea una sola vez, durante 10 ms el diodo puede destruirse o degradar las características del mismo.
Tensión inversa contínua (VR): es la tensión continua que soporta el diodo en estado de bloqueo.
Parámetros en conducción
Intensidad media nominal (IF(AV)): es el valor medio de la máxima intensidad de impulsos sinusuidales de 180º que el diodo puede soportar.
Intensidad de pico repetitivo (IFRM): es aquella que puede ser soportada cada 20 ms , con una duración de pico a 1 ms, a una determinada temperatura de la cápsula (normalmente 25º).
Intensidad directa de pico no repetitiva (IFSM): es el máximo pico de intensidad aplicable, una vez cada 10 minutos, con una duración de 10 ms.
Intensidad directa (IF): es la corriente que circula por el diodo cuando se encuentra en el estado de conducción.
Modelos estáticos del diodo
Los distintos modelos del diodo en su región directa (modelos estáticos) se representan en la figura superior. Estos modelos facilitan los cálculos a realizar, para lo cual debemos escoger el modelo adecuado según el nivel de precisión que necesitemos.
Estos modelos se suelen emplear para cálculos a mano, reservando modelos más complejos para programas de simulación como PSPICE. Dichos modelos suelen ser proporcionados por el fabricante, e incluso pueden venir ya en las librerías del programa.
Características dinámicas
recuperación inverso
El paso del estado de conducción al de bloqueo en el diodo no se efectúa instantáneamente. Si un diodo se encuentra conduciendo una intensidad IF, la zona central de la unión P-N está saturada de portadores mayoritarios con tanta mayor densidad de éstos cuanto mayor sea IF. Si mediante la aplicación de una tensión inversa forzamos la anulación de la corriente con cierta velocidad di/dt, resultará que después del paso por cero de la corriente existe cierta cantidad de portadores que cambian su sentido de movimiento y permiten que el diodo conduzca en sentido contrario durante un instante. La tensión inversa entre ánodo y cátodo no se establece hasta después del tiempo ta llamado tiempo de almacenamiento, en el que los portadores empiezan a escasear y aparece en la unión la zona de carga espacial. La intensidad todavía tarda un tiempo tb (llamado tiempo de caída) en pasar de un valor de pico negativo (IRRM) a un valor despreciable mientras van desapareciedo el exceso de portadores.
o ta (tiempo de almacenamiento): es el tiempo que transcurre desde el paso por cero de la intensidad hasta llegar al pico negativo.
o tb (tiempo de caída): es el tiempo transcurrido desde el pico negativo de intensidad hasta que ésta se anula, y es debido a la descarga de la capacidad de la unión polarizada en inverso. En la práctica se suele medir desde el valor de pico negativo de la intensidad hasta el 10 % de éste.
o trr (tiempo de recuperación inversa): es la suma de ta y tb.
o Qrr: se define como la carga eléctrica desplazada, y representa el área negativa de la característica de recuperación inversa del diodo.
o di/dt: es el pico negativo de la intensidad.
o Irr: es el pico negativo de la intensidad.
La relación entre tb/ta es conocida como factor de suavizado "SF".
Si observamos la gráfica podemos considerar Qrr por el área de un triángulo :
Tiempo de recuperación directo
tfr (tiempo de recuperación directo): es el tiempo que transcurre entre el instante en que la tensión ánodo-cátodo se hace positiva y el instante en que dicha tensión se estabiliza en el valor VF.
Este tiempo es bastante menor que el de recuperación inversa y no suele producir pérdidas de potencia apreciables.
Disipación de potencia
Potencia máxima disipable (Pmáx)
Es un valor de potencia que el dispositivo puede disipar, pero no debemos confundirlo con la potencia que disipa el diodo durante el funcionamiento, llamada ésta potencia de trabajo.
Potencia media disipada (PAV)
Es la disipación de potencia resultante cuando el dispositivo se encuentra en estado de conducción, si se desprecia la potencia disipada debida a la corriente de fugas.
Se define la potencia media (PAV) que puede disipar el dispositivo, como:
Potencia inversa de pico repetitiva (PRRM:
Es la máxima potencia que puede disipar el dispositivo en estado de bloqueo.
Potencia inversa de pico no repeptitiva (PRSM)
Similar a la anterior, pero dada para un pulso único.
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