Diodos de potencia: características y curvas

1. DIODOS DE POTENCIA
Comprender las características de los
diodos y su modelos

2. 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

3. 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+

4. 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

5. Curva característica v – i

6. 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

7. 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

8. 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

9. Características en recuperación
inversa
• 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

10. Características en recuperación inversa
• 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

11. Características en recuperación inversa
• La corriente pico en sentido inverso
• La carga de recuperación inversa (QRR) es el
valor con él área encerrada por la trayectoria
IRR

12. 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:

13. 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

14. Tipos de diodos de potencia
• 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

15. Tipos de diodos de potencia
• 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

16. 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

17. Diodo serie
• Solución conectar resistores en paralelo a
cada diodo

18. 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

19. 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

20. Diodos en paralelo

21. 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

22. 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

23. 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

24. 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

25. 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