Elopot grad aula2

Reflexões (J.S. Nobre)
Seja alegremente um operário do BEM.Seja alegremente um operário do BEM.
Há um princípio muito acertado que diz: “Ninguém é tãoHá um princípio muito acertado que diz: “Ninguém é tão
pobre que não possa ajudar, nem tão rico que não venha apobre que não possa ajudar, nem tão rico que não venha a
precisar.”precisar.”
Seja onde for, esteja onde estiver, você terá oportunidade deSeja onde for, esteja onde estiver, você terá oportunidade de
estender suas mãos para ajudar alguém. Haverá sempreestender suas mãos para ajudar alguém. Haverá sempre
alguém, pelas esquinas da vida, à espera de um favor seu.alguém, pelas esquinas da vida, à espera de um favor seu.
Todo ato de bondade, feito com verdadeiro sentido de amor,Todo ato de bondade, feito com verdadeiro sentido de amor,
tem valor quase infinito.tem valor quase infinito.
Às vezes, basta um simples sorriso seu para curar uma dor,Às vezes, basta um simples sorriso seu para curar uma dor,
cicatrizar uma ferida, alegrar um coração.cicatrizar uma ferida, alegrar um coração.
Faça o BEM.Faça o BEM.

Eletrônica de PotênciaEletrônica de Potência
 Diodos Semicondutores de Potência;Diodos Semicondutores de Potência;
 Capítulo 2, páginas 23 à 29;Capítulo 2, páginas 23 à 29;
 Aula 4;Aula 4;
 Professor: Fernando Soares dos Reis;Professor: Fernando Soares dos Reis;

Sumário Capítulo 2Sumário Capítulo 2
 2.1 Introdução;2.1 Introdução;
 2.2 Curvas Características dos Diodos;2.2 Curvas Características dos Diodos;
 Exemplo;Exemplo;
 2.3 Curvas Características da Recuperação Reversa;2.3 Curvas Características da Recuperação Reversa;

2.1 Introdução2.1 Introdução
 O diodo age como uma chave para realizarO diodo age como uma chave para realizar
várias funções, tais como:várias funções, tais como:
 Chaves em Retificadores;Chaves em Retificadores;
 Comutação em Reguladores Chaveados;Comutação em Reguladores Chaveados;
 Inversão de carga em capacitores;Inversão de carga em capacitores;
 Transferência de energia entre componentes;Transferência de energia entre componentes;
 Isolação de tensão;Isolação de tensão;
 Realimentação de energia da carga para aRealimentação de energia da carga para a
fonte de alimentação;fonte de alimentação;
 Recuperação de Energia armazenada;Recuperação de Energia armazenada;

2.2 Curvas Características dos Diodos2.2 Curvas Características dos Diodos
 O diodo de Potência é um dispositivo de junçãoO diodo de Potência é um dispositivo de junção PNPN
de dois terminais. Esta junção é normalmentede dois terminais. Esta junção é normalmente
formada porformada por fusão, difusão e crescimento epitaxialfusão, difusão e crescimento epitaxial..
 Diz-se que o diodo está diretamente polarizadoDiz-se que o diodo está diretamente polarizado
quando... e reversamente quando...quando... e reversamente quando...
p np n
+ v -+ v -
ÂnodoÂnodo CátodoCátodo
DD11
+ v -+ v -

 Quando ele esta reversamente polarizado flui umaQuando ele esta reversamente polarizado flui uma
corrente de fuga (corrente de fuga (leakage currentleakage current) na faixa de micro) na faixa de micro
e miliamperes;e miliamperes;
 Tensão de avalanche, ou tensão Zener, é atingida.Tensão de avalanche, ou tensão Zener, é atingida.
p np n
+ v+ vDD --
vv
ii
IdealIdeal
)1e(II T
D
Vn
V
SD −=
Equação do diodo SchockleyEquação do diodo Schockley
ii
vv
CorrenteCorrente
reversareversa
de fugade fuga
RealReal
VVBRBR

 IIDD = corrente através do diodo, em A;= corrente através do diodo, em A;
 VVDD = tensão do diodo;= tensão do diodo;
 IIss = corrente de fuga (ou de saturação reversa) da ordem de= corrente de fuga (ou de saturação reversa) da ordem de
1010-6-6
a 10a 10-15-15
A;A;
 nn = constante empírica conhecida como= constante empírica conhecida como coeficiente decoeficiente de
emissão ou fator de idealidade,emissão ou fator de idealidade, cujo valor vária de 1 a 2;cujo valor vária de 1 a 2;
 VVTT = tensão térmica (= tensão térmica (thermal voltagethermal voltage););
p np n
+ v+ vDD --
)1e(II T
D
Vn
V
SD −=
ii
vv
CorrenteCorrente
reversareversa
de fugade fuga
RealReal
VVBRBR

 VVTT = tensão térmica (= tensão térmica (thermal voltagethermal voltage););
 q = carga do elétron: 1,6022 x 10q = carga do elétron: 1,6022 x 10-19-19
coulomb (C);coulomb (C);
 T = temperatura absoluta em kelvin (K = 273 +T = temperatura absoluta em kelvin (K = 273 + oo
C)C)
 kk = constante de Boltzmann: 1,3806 x 10= constante de Boltzmann: 1,3806 x 10-23-23
J/KJ/K
 Por exemplo, a 25Por exemplo, a 25 oo
C a tensão térmica, VC a tensão térmica, VTT será de:será de:
q
kT
VT =
mV
x
xx
q
kT
VT 8,25
106022,1
)25273(103806,1
19
23
≈
+
== −
−

ii
vv
CorrenteCorrente
reversareversa
de fugade fuga
RealReal
VVBRBR
5 4 3 2 1 0 1
2
0
2
4
6
8
10
12
IDi
V i( )
)1e(II T
D
Vn
V
SD −=
VVTT = 25,8 10= 25,8 10-3-3
IISS = 0,354= 0,354
n = 7,819n = 7,819

 IIDD será muito pequena se a tensão aplicada for menor que aserá muito pequena se a tensão aplicada for menor que a
tensão de limiar (threshold voltage) ou tensão de corte (cut-tensão de limiar (threshold voltage) ou tensão de corte (cut-
in voltage) ou tensão de ligamento (turn-on voltage).in voltage) ou tensão de ligamento (turn-on voltage). Assim,Assim,
a tensão de limiar é aquela a partir da qual o diodo conduza tensão de limiar é aquela a partir da qual o diodo conduz
completamente;completamente;
 Exemplo: SeExemplo: Se VVDD = 0,1 V, n = 1 e V= 0,1 V, n = 1 e VTT=25,8 mV=25,8 mV teremos:teremos:
p np n
+ v+ vDD --
) 1 ( I ) 1 e ( I ) 1 e ( I IS
x
S
Vn
V
S D
T
D
− = − = − =23,48 0258,0 1
1,0
ii
vv
CorrenteCorrente
reversareversa
de fugade fuga
RealReal
VVBRBR
Região de polarização diretaRegião de polarização direta
%1,2 23,48de erro um com I IS D≈
) e ( I ) 1 e ( I IT
D
T
D
Vn
V
S
Vn
V
S D≈ − =

 Ao aplicarmos tensões negativas ao semicondutor a correnteAo aplicarmos tensões negativas ao semicondutor a corrente
de fuga se mantém praticamente constante. Para tensões Vde fuga se mantém praticamente constante. Para tensões VDD
negativas e superiores em módulo a tensão Vnegativas e superiores em módulo a tensão VTT, podemos dizer, podemos dizer
que Ique IDD é constante e igual a corrente de fuga Ié constante e igual a corrente de fuga ISS..
p np n
+ v+ vDD --
ii
vv
CorrenteCorrente
reversareversa
de fugade fuga
RealReal
VVBRBR
Região de polarização reversaRegião de polarização reversa
S
Vn
V
S DI ) 1 e ( I IT
D
− ≈ − =
−

 A partir do instante em que a tensão reversa aplica entre osA partir do instante em que a tensão reversa aplica entre os
terminais de ânodo e cátodo do diodo ultrapassam o valor daterminais de ânodo e cátodo do diodo ultrapassam o valor da
tensão de ruptura reversatensão de ruptura reversa (breakdown voltage - VBR).). AA
corrente reversa aumenta rapidamente para uma pequenacorrente reversa aumenta rapidamente para uma pequena
variação na tensão reversa superior a Vvariação na tensão reversa superior a VBRBR;;
 A operação dentro da região de ruptura reversa não seráA operação dentro da região de ruptura reversa não será
destrutiva se a dissipação de potência estiver dentro de umdestrutiva se a dissipação de potência estiver dentro de um
nível seguro.nível seguro.
p np n
+ v+ vACAC --
ii
vv
CorrenteCorrente
reversareversa
de fugade fuga
RealReal
VVBRBR
Região de ruptura reversaRegião de ruptura reversa (breakdown region)

2.3 Exemplo 2.12.3 Exemplo 2.1
 A queda de tensão direta de um diodo de potência é VA queda de tensão direta de um diodo de potência é VDD ==
1,2V a I1,2V a IDD = 300 A. Supondo que= 300 A. Supondo que nn = 2 e V= 2 e VTT = 25,8 mV,= 25,8 mV,
encontrar a corrente de saturação Iencontrar a corrente de saturação ISS..
ii
vvIISS = Corrente reversa de fuga= Corrente reversa de fuga
)1e(II T
D
Vn
V
SD −=
Ax)1e(I x
S
8108,252
2,1
1038371,2300
3
−
=−=
−

2.3 Curvas Características da2.3 Curvas Características da
Recuperação ReversaRecuperação Reversa
 A corrente na junção diretamente polarizada do diodo deve-se aoA corrente na junção diretamente polarizada do diodo deve-se ao
efeito dos portadores majoritários e minoritários.efeito dos portadores majoritários e minoritários.
 Com a redução destaCom a redução desta corrente a zerocorrente a zero, o, o diodo continua conduzindodiodo continua conduzindo
devido aosdevido aos portadores minoritáriosportadores minoritários que continuam armazenados naque continuam armazenados na
junção PN e no material semicondutor propriamente dito.junção PN e no material semicondutor propriamente dito.
 Os portadoresOs portadores minoritáriosminoritários requerem um certorequerem um certo tempotempo para separa se re-re-
combinarcombinar com as cargas opostas e ser neutralizados. Esse tempo écom as cargas opostas e ser neutralizados. Esse tempo é
chamado tempo de recuperação reversa (chamado tempo de recuperação reversa (reverse recovery timereverse recovery time) t) trr.rr.
p np n
+ v+ vACAC --
CCparásitoparásito
O tO trrrr é função da tempe-é função da tempe-
ratura da junção, da ta-ratura da junção, da ta-
xa de decaimento daxa de decaimento da
corrente direta e de Icorrente direta e de Iff..
IIFF
IIRRRR
0,25.I0,25.IRRRR
ttrrrr
ttaa
ttbb
didi
dtdt

2.3 Curvas Características da Recuperação Reversa2.3 Curvas Características da Recuperação Reversa
 ttrrrr é medido a partir do cruzamento por zero da corrente do diodoé medido a partir do cruzamento por zero da corrente do diodo
até 25 % da corrente reversa máxima (ou de pico) Iaté 25 % da corrente reversa máxima (ou de pico) IRRRR..
 ttaa deve-se ao armazenamento de cargas na região de depleção dadeve-se ao armazenamento de cargas na região de depleção da
junção. tjunção. tbb deve-se ao armazenamento de cargas no material semi-deve-se ao armazenamento de cargas no material semi-
condutor. A relação tcondutor. A relação taa/t/tbb é conhecida como fator de suavidadeé conhecida como fator de suavidade
(softness factor - SF).(softness factor - SF). ttrrrr = t= taa + t+ tbb
IIFF
IIRRRR
0,25.I0,25.IRRRR
ttrrrr
ttaa
ttbb
didi
dtdt
Recuperação SuaveRecuperação Suave
(soft-recovery)(soft-recovery)
IIFF
IIRRRR
ttrrrr
ttaa
ttbb
Recuperação AbruptaRecuperação Abrupta
(fast-recovery)(fast-recovery)
dt
di
tI aRR =

 A carga de recuperação reversa QA carga de recuperação reversa Qrrrr é a quantidade de portadores deé a quantidade de portadores de
cargas que fluem através do diodo no sentido reverso devido àcargas que fluem através do diodo no sentido reverso devido à
mudança na condição de condução direta para bloqueio reverso.mudança na condição de condução direta para bloqueio reverso.
Seu valor é determinado a partir da área abrangidaSeu valor é determinado a partir da área abrangida pelo caminhopelo caminho
de corrente de recuperação reverso.de corrente de recuperação reverso.
bRRaRRRR tItIQ
2
1
2
1
+≅
rrRRRR tIQ
2
1
=
IIFF
IIRRRR
ttrrrr
ttaa
ttbb
QQRRRR
rr
RR
RR
t
Q
I
2
=
didi
dtdt

 Determinação de tDeterminação de trrrr e Ie IRRRR; Sabemos que:; Sabemos que:
IIFF
IIRRRR
ttrrrr
ttaa
ttbb
rr
RR
RR
t
Q
I
2
=
dt
di
tI aRR =
dt
di
Q
tt RR
arr
2
=
Se tSe tbb <<<< ttaa ; t; trrrr ≈≈ ttaa
dt
di
Q
t RR
rr
2
≈
dt
di
QI RRRR 2=
didi
dtdt

Exemplo 2.2Exemplo 2.2
 O tempo de recuperação reversa de um diodo é tO tempo de recuperação reversa de um diodo é trrrr = 3= 3 µµs e as e a
taxa de decaimento da corrente é de 30 A/taxa de decaimento da corrente é de 30 A/µµs. Determinar as. Determinar a
carga armazenada Qcarga armazenada QRRRR e a corrente reversa de pico Ie a corrente reversa de pico IRRRR..
dt
di
Q
t RR
rr
2
≈
CxxsAxt
dt
di
Q rrRR µµ 135)103(/305,0
2
1 262
==≈ −
Axxxx
dt
di
QI RRRR 9010301013522 66
=== −−
IIFF
IIRRRR
ttrrrr
ttaa
ttbb
didi
dtdt

Problema 2.1Problema 2.1
 O tempo de recuperação reversa de um diodo é tO tempo de recuperação reversa de um diodo é trrrr = 5= 5 µµs e as e a
taxa de decaimento da corrente é de 80 A/taxa de decaimento da corrente é de 80 A/µµs. Se o seu fators. Se o seu fator
de suavidade é SF = 0,5. Determinar (a) a carga armazenadade suavidade é SF = 0,5. Determinar (a) a carga armazenada
QQRRRR e (b) a corrente reversa de pico Ie (b) a corrente reversa de pico IRRRR..
IIFF
IIRRRR
ttrrrr
ttaa
ttbb
didi
dtdt
A relação SF = tA relação SF = taa/t/tbb é conhecidaé conhecida
como fator de suavidadecomo fator de suavidade

Problema 2.2Problema 2.2
 Os valores abaixo foram obtidos de forma experimental emOs valores abaixo foram obtidos de forma experimental em
um diodo à temperatura de 25um diodo à temperatura de 25 oo
C.C.
IIFF
IIRRRR
ttrrrr
ttaa
ttbb
didi
dtdt
VVDD = 1,0 V a I= 1,0 V a IDD = 50 A= 50 A
VVDD = 1,5 V a I= 1,5 V a IDD = 600 A= 600 A
Determinar (a) o coeficiente de emissãoDeterminar (a) o coeficiente de emissão nn ee
(b) a corrente de fuga I(b) a corrente de fuga Iss ..

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