diodos

1. Diodos semiconductores de potencia

2. Contenido
 Introducción
 Fundamentos de semiconductores
 SemiconductoresTipo N
 SemiconductoresTipo P
 Características del diodo
 Características de recuperación inversa
 Tipos de diodos de potencia
 Diodos conectados en serie
 Diodos conectados en paralelo

3. Introducción
 Los diodos de potencia tienen una función importante en los circuitos de
potencia para realizar la conversión de energía eléctrica.
 Un diodo funciona como un interruptor.
 Las características de los diodos prácticos difieren de las ideales y tienen
algunas limitaciones.
 Son dispositivos unidireccionales. Permiten la circulación de corriente en un
solo sentido.
 El único procedimiento de control es invertir la tensión entre ánodo y
cátodo.
 Los diodos de potencia se parecen a los diodos de señal de unión PN.
 Tienen mayores capacidades de manejo de potencia, voltaje y corriente.
 La respuesta en frecuencia es baja (velocidad de conmutación)

4. Fundamentos de semiconductores
 Se fundamentan en el Silicio
monocristalino de alta pureza.
 Su resistividad es baja para ser
aislador y alta para ser conductor.
 Semiconductor intrínseco y
extrínseco.
 Para regular su resistividad y sus
portadores de carga se deben
implantar impurezas. (Dopado 
agregar 1 átomo de impureza por
cada 1 millón de átomos de
silicio).

5. Semiconductores Tipo N y Tipo P
 Cristal de Si dopado con átomos pentavalentes (P, As,
Sb).
 Electrones sueltos aumentan la conductividad de
material.
 Cuando el Si se dopa en forma leve con P, el proceso
toma el nombre de dopado n y el material resultante es
un semiconductor tipo N.
 Dopado intenso  semiconductor tipo N+
• Cristal de Si dopado con átomos trivalentes (B, Ga, In).
• Espacios vacantes denominados huecos.
• Los huecos aumentan mucho la conductividad del
material.
• Cuando el Si se dopa en forma leve con B, el proceso
toma el nombre de dopado p y el material resultante es
un semiconductor tipo P.
• Dopado intenso  semiconductor tipo P+

6. Semiconductores Tipo N y Tipo P
 Existen electrones libres disponibles en un material tipo N y huecos
disponibles en un materia tipo P.
 En un material tipo P huecos portadores mayoritarios y electrones
portadores minoritarios.
 En un material tipo N electrones portadores mayoritarios y huecos
portadores minoritarios.
 Un campo eléctrico aplicado puede causar el paso de corriente.

7. Características del Diodo
 Es un dispositivo de unión PN con dos terminales.
 Cuando el potencial del ánodo es positivo con respecto al cátodo, se
encuentra en conducción y presenta una caída de tensión pequeña
que depende del proceso de manufactura y de la temperatura de la
unión.
 Cuando el potencial de cátodo es positivo con respecto del ánodo,
se encuentra en polarización inversa.
 En polarización inversa pasa una corriente pequeña llamada
Corriente inversa de saturación Is (mA – uA), que aumenta de
magnitud hasta llegar a la tensión de ruptura (voltaje de avalancha o
Zener)






 1T
D
nV
V
SD eII
ID  Corriente a través del diodo
VD Tensión del diodo
IS  Corriente inversa de saturación
n  Factor de idealidad (Si=2)

8. Características del Diodo
 A una temperatura específica, la corriente de
fuga es constante.
 La curva del diodo se divide en tres regiones:
 Región de polarización directaVD > 0
 Región de polarización inversaVD < 0
 Región de rupturaVD < -VBR
q
kT
VT 
VT  Constante denominada Voltaje térmico
q  Carga del electrón 1.6022 X 10-19 C
T  Temperatura absoluta (K=273+⁰C)
k  Constante de Boltzmann 1.3806 X 10-23 J/K






 1T
D
nV
V
SD eII

9. Características del Diodo
 Región de polarización directa.
La corriente ID en el diodo es pequeña, si la tensión VD es
menor a un valor específico VTD (voltaje de umbral, voltaje
de activación, voltaje de encendido).
El diodo conduce en forma completa siVD es mayor queVTD.
Si VD > 0.1 V, ID >> Is y la ecuación del diodo se puede
aproximar por: IseVD/nVT






 1T
D
nV
V
SD eII

10.  Región de polarización inversa.
Si VD es negativo y |VD|>>VT, el término exponencial se
vuelve muy pequeño y la ecuación del diodo se puede
aproximar por –IS.
 Región de ruptura.
La tensión en sentido inverso es muy alta que puede ser
mayor a la tensión de rupturaVBR
Características del Diodo






 1T
D
nV
V
SD eII

11. Características de recuperación inversa
 Cuando en un diodo en modo de conducción directa su corriente se
reduce a 0, el diodo continua conduciendo (portadores minoritarios
quedan almacenados en la unión pn y en la masa del semiconductor).
 Los portadores minoritarios requieren un tiempo para recombinarse
denominado tiempo de recuperación inversa.

12. ta  se debe al almacenamiento de cargas en la unión.
tb  se debe al almacenamiento de cargas en la masa del material
semiconductor.
La razón tb/ta se llama factor de suavidad (SF softness factor).
𝒕 𝒓𝒓 = 𝒕 𝒂 + 𝒕 𝒃
Características de recuperación inversa

13. Para fines prácticos se debe poner atención en el tiempo total de
recuperación y en el valor pico de la corriente en sentido inverso IRR
𝒕 𝒓𝒓 = 𝒕 𝒂 + 𝒕 𝒃 𝑰 𝑹𝑹 = 𝒕 𝒂
𝒅𝒊
𝒅𝒕
Características de recuperación inversa

14. Tiempo de recuperación inversa: "intervalo de tiempo que
transcurre entre el instante en que la corriente pasa por cero durante el
cambio de conducción directa a la condición de bloqueo inverso, y el
momento en que la corriente en sentido inverso ha bajado hasta el 25%
de su valor pico"
trr depende de:
- Temperatura
-Velocidad de la caída de corriente en sentido directo
- Corriente en sentido directo antes de la conmutación IF
Características de recuperación inversa

15. Carga de recuperación inversa:
"es la cantidad de portadores de
carga que atraviesan el diodo en el
sentido inverso, debido al cambio de
conducción directa a una condición
de bloqueo inverso"
Es el área encerrada por la
trayectoria de la corriente de
recuperación inversa.
IRR
Características de recuperación inversa

16. Si tb es despreciable en relación
a ta se obtiene:
𝒕 𝒓𝒓 ≈ 𝒕 𝒂
𝒕 𝒓𝒓 ≅
𝟐𝑸 𝑹𝑹
𝒅𝒊
𝒅𝒕
𝑰 𝒓𝒓 ≅ 𝟐𝑸 𝑹𝑹
𝒅𝒊
𝒅𝒕
La corriente de recuperación
inversa, la carga en sentido
inverso y el SF, son parámetros
que se incluyen en las hojas
técnicas.
Tiempo de recuperación
directa. Limita la velocidad de
aumento de la corriente en
sentido directo y la velocidad de
conmutación.
Características de recuperación inversa

17. Tipos de diodos de potencia
 En caso ideal un diodo no debería tener trr
 De acuerdo a las características de recuperación y de las técnicas de
manufactura se clasifican:
 Diodos normales de propósito general: tiempo de recuperación
grande 25 us, para aplicaciones de baja velocidad. Corrientes desde 1 A
hasta miles de amperios y voltaje desde 50V hasta 5 kV
 Diodos de recuperación rápida: tiempo de recuperación corto
5 us, usados en convertidores DC-DC y DC-AC. Tensiones desde 50 V a
3 kV y corrientes de menos de 1A hasta cientos de amperios.
 Diodos Schottky: (Consultar)

18. Diodos conectados en serie
 Se los utiliza en aplicaciones que requieran aumentar el bloqueo
inverso, colocando 2 o mas diodos en serie.

19. Solución: Forzar una partición de voltajes iguales
𝑰 𝒔 = 𝑰 𝒔𝟏 + 𝑰 𝑹𝟏 = 𝑰 𝒔𝟐 + 𝑰 𝑹𝟐
𝑰 𝑹𝟏 =
𝑽 𝑫𝟏
𝑹 𝟏
𝑰 𝑹𝟐 =
𝑽 𝑫𝟐
𝑹 𝟐
𝑰 𝒔𝟏 +
𝑽 𝑫𝟏
𝑹 𝟏
= 𝑰 𝒔𝟐 +
𝑽 𝑫𝟐
𝑹 𝟐
Diodos conectados en serie

20. Ejercicio:
Se conectan dos diodos en serie, como se observa en la figura para
compartir un voltaje total de cd en sentido inverso de VD=5kV. Las
corrientes de fuga inversas de los diodos son Is1=30 mA e Is2=35
mA. A) Determinar los voltajes de diodo, si las resistencias de
voltaje compartido son iguales R1=R2=100 kW. B) Determinar las
resistencias de voltaje compartido R1 y R2 para que los voltajes en
los diodos sean igualesVD1=VD2=VD/2

21. Diodos conectados en paralelo
 Se los utiliza para aumentar la capacidad de conducción de
corriente en aplicaciones de alta potencia.
 La repartición de corriente entre los diodos debe estar de acuerdo
con sus respectivas caídas de voltaje directo.
 Al estar en paralelo los voltajes de bloqueo inverso serán iguales.

22. Deber
 Ejercicios 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5 y 2.6