T2 diodos

1. 2.- DIODO DE POTENCIA
2.1 Construcción y encapsulado
2.2 Características estáticas
2.2.1 Curvas características, Estados de bloqueo y
conducción y cálculo de pérdidas.
2.3 Características dinámicas
2.3.1 Salida de conducción: Recuperación inversa. Entrada
en conducción: Recuperación directa y Cálculo de pérdidas.
2.4 Tipos de diodos de potencia:
Diodos rectificadores para baja frecuencia, rápidos y
ultrarrápidos, Schotkky y para aplicaciones especiales.
2.5 Uso de los datos de catálogo de fabricantes

2. 2

3. El diodo de potencia es el elemento rectificador
más común.
Características:
Presenta dos estados bien diferenciados:
corte y conducción. El paso de uno a otro, no
es instantáneo y en dispositivos en los que el
funcionamiento se realiza a alta frecuencia, es
muy importante el tiempo de paso entre estados,
puesto que éste acotará las frecuencias de
trabajo.

4. Márgenes de funcionamiento:
En conducción pueden soportar una corriente
media de 1500A llegando hasta tensiones
inversas de 2000V. Actualmente las técnicas
de fabricación de diodos han avanzado hasta
un nivel de tensión de 5000V en inverso y
corrientes de 3000A en directo. El Si es el elemento semiconductor más empleado. Es
decir que lo deseable es:
4
- Corriente elevada con baja caída de tensión
- Tensión inversa elevada con mínimas fugas

5. Características:
En conducción es capaz de soportar altas intensidades con bajascaídas de
tensión.
En inverso soportan altas tensiones negativas de ánodo con bajas corrientes
de
fugas.
Inconvenientes:
IDispositivo unidireccional.
IÚnico procedimiento de control: inversión del voltaje.
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6. 6
Simbología empleada:
Características estáticas del diodo de Potencia.
Parámetros en estado de bloqueo:
1.- VR: Tensión inversa de trabajo
2.- VRRM: Tensión inversa de pico repetitivo
3.- VRSM :Tensión inversa de pico único
4.- Tensión de ruptura
5.- Intensidad de fugas
Parámetros en estado de conducción:
1.- IF(AV) (Intensidad media nominal)
2.- IFRM (Intensidad de pico repetitivo)
3.- IFSM (Intensidad de pico único)

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Construcción y encapsulado

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Características estáticas

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28. 28

29.  Paso de conducción a corte, Turn off
Cuando un diodo se encuentra conduciendo una intensidad, Id la zona central de la unión p-
n está saturada de portadores mayoritarios y con mayor densidad de éstos cuanto mayor sea
dicha intensidad. Si el circuito exterior fuerza la disminución de la corriente con una cierta
velocidad, di/dt aplicando una tensión inversa, resultará que después del paso por cero de la
señal i(t), hay un periodo en el cual cierta cantidad de portadores cambian su sentido de
movimiento y permiten que el diodo conduzca en sentido contrario.
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Características dinámicas

30. La tensión inversa entre ánodo y cátodo no se establece
hasta después de un tiempo ta, durante el cual los
portadores empiezan a escasear y aparece en la unión
una zona de carga espacial. La intensidad todavía tarda
un tiempo tb en pasar de un valor de pico negativo Irr
a un valor prácticamente nulo, mientras se va
descargando la capacidad interna de la unión.
La capacidad se considera como la suma de la
Capacidad de Difusión Cdif y la Capacidad de
Deplexión o de transición Cj. La 1ra. es
proporcional a la corriente por el diodo y sólo tiene
relevancia con éste polarizado en directo, mientras que
la 2da., aparece con el diodo polarizado en inverso.
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34. Tiempo de recuperación inverso, trr
Comprende el intervalo de tiempo desde que la
corriente if pasa por cero en el cambio on – off hasta
que la corriente vuelve a adquirir el 10 % del valor Irr.
También se puede definir como el periodo durante el
cual el diodo permite la conducción en sentido
negativo. Está compuesto por la suma del tiempo de
almacenamiento, ta y el tiempo de caída, tb.
Tiempo de almacenamiento, ta Es el tiempo
que transcurre desde el paso por cero de la intensidad
hasta que se alcanza el pico negativo y es debido a la
acumulación de portadores en la región de deplexión
de la unión.
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35. Tiempo de caída, tb 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 corriente hasta que se alcanza el 10% de dicho valor.
Q almacenada o desplazada Qrr
Factor de suavizado, Es la relación entre los tiempos de caída y almacenamiento.
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42. TIPOS DE DIODOS DE POTENCIA
Diodo rectificador normal
Su tiempo de recuperación inversa es alto, típico de 25 µs, y
se usan en aplicaciones de baja velocidad, en las que el
tiempo de recuperación no es crítico.
M. de funcionamiento: desde < 1A hasta varios miles de A;
50V...5KV
Diodo de barrera Schottky
Se puede eliminar (o minimizar) el problema de
almacenamiento de carga de una unión pn. Para ello, se
establece una “barrera de potencial” con un contacto entre
un metal y un semiconductor
M. de funcionamiento: 1A...300A; Son usados en
rectificadores de bajo voltaje para mejorar la eficacia.
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43. Diodo de recuperación rápida
Los diodos de recuperación rápida tienen un tiempo de
recuperación bajo, por lo general menor que 5µs. Esta
característica es especialmente valiosa en altas frecuencias.
Un diodo con esta variación de corriente tan rápida
necesitará contactos de protección, sobre todo cuando en el
contacto exterior encontramos elementos inductivos.
Margen de funcionamiento: <1A...300A; 50V...3KV
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44. ASOCIACIÓN DE DIODOS DE POTENCIA
Las dos características más importantes del diodo de
potencia son: La intensidad máxima en directo y la tensión
inversa máxima de bloqueo. Si las necesidades del circuito
pueden llegar a sobrepasar la capacidad máxima del
dispositivo, es necesario utilizar varios diodos asociados en
serie o en paralelo.
Asociación de diodos en serie
Cuando aparecen tensiones inversas elevadas por rama,
como por ejemplo en rectificadores de potencia, la capacidad
de bloqueo de un único diodo puede no ser suficiente. Será
necesario una conexión serie de dos o más elementos. Si los
elementos están colocados en serie, tendrán la misma
corriente de fugas, sin embargo, presentan tensiones inversas
diferentes.
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45. 45
Los diodos pueden destruirse por
exceder su tensión inversa máxima.
El problema se resueve conectando
resistencias en paralelo con cada
diodo. Las resistencias deben
conducir corriente mucho mayor
que la de fuga del diodo.
Tensiones inversas y corrientes
de fuga en dos diodos distintos
Asociación de diodos en serie

46. Asociación de diodos en paralelo
Se usa cuando se requieren altas intensidades. El incon-
veniente es el reparto desigual de la corriente por cada una
de las ramas de los diodos debido a sus distintas
características de conducción.
Se resuelve mediante dos criterios: conectando resistencias
en serie con cada diodo o bien inductancias iguales
acopladas en cada rama de la red paralelo. Las resistencias
ayudan a estabilizar e igualar los valores de intensidad I1 e I2.
Las inductancias se pueden obtener usando transformadores
de relación 1:1, conectados tal y como muestra en la figura.
El segundo método es aplicable únicamente en condiciones
de operación en las que la alimentación sea pulsatoria o
senoidal.
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Asociación de diodos en paralelo.
Ckto. de estabilización de corriente
por resistencias e inductancias.

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Diodos de potencia comerciales

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54. Estructura de hoja de característicasEn la práctica se trabaja con una serie de hojas de características que proporcionan los
fabricantes. Toda hoja de características suele estructurarse de la siguiente forma:
 Descripción externa y enfatizado de las características más interesantes del
elemento. Ambas se efectúan de una forma general y sin incorporar medidas o
parámetros específicos. Adicionalmente puede darse el patillaje del elemento
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55. 55

56.  Valores límites: se corresponden con las características del elemento. Normalmente
el fabricante agrupa las características por grupos (térmicas, dinámicas, estáticas,
etc...), indicando en todo momento las condiciones en que se han realizado las
medidas para obtener los valores dados. Los valores se suelen dar indicando los
extremos máximos y mínimos admisibles, también puede darse el valor típico o
medio en algunos fabricantes.
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57. 57

58. A continuación se presentan las curvas características de los diodo. Normalmente
habrá una serie de curvas que aparezcan en todas las hojas sea cual sea el tipo de
diodo y otras que sólo las dará el fabricante si son necesarias para poder trabajar
con el elemento.
También es posible que se adjunte la definición de algún parámetro para
comprender mejor los datos proporcionados.
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59. 59

60.  Adicionalmente el fabricante puede proporcionar los circuitos empleados para
efectuar las medidas de una o todas las características, además de la explicación de
algún parámetro importante.
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61.  Finalmente se añaden las características mecánicas del elemento, que proporcionan
las medidas del mismo para su correcta situación y montaje.
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62. Uso del catálogo de fabricantes.
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68. Características térmicas
Temperatura de la unión (Tjmáx
)
Es el límite superior de temperatura que nunca debemos hacer sobrepasar a la
unión del dispositivo si queremos evitar su inmediata destrucción. En ocasiones, en
lugar de la temperatura de la unión se nos da la "operating temperature range"
(margen de temperatura de funcionamiento), que significa que el dispositivo se ha
fabricado para funcionar en un intervalo de temperaturas comprendidas entre dos
valores, uno mínimo y otro máximo.
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69. Temperatura de almacenamiento (Tstg
)
Es la temperatura a la que se encuentra el dispositivo
cuando no se le aplica ninguna potencia. El fabricante
suele dar un margen de valores para esta
temperatura.
Resistencia térmica unión-contenedor (Rjc
)
Es la resistencia entre la unión del semiconductor y el
encapsulado del dispositivo. En caso de no dar este
dato el fabricante se puede calcular mediante la
fórmula: Rjc
= (Tjmáx
- Tc
) / Pmáx
siendo Tc
la temperatura del contenedor y Pmáx
la
potencia máxima disipable.
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70. Resistencia térmica contenedor-disipador (Rcd
)
Es la resistencia existente entre el contenedor del
dispositivo y el disipador (aleta refrigeradora). Se
supone que la propagación se efectúa directamente
sin pasar por otro medio (como mica aislante, etc).
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Rjc = Resist. unión - contenedor
Rcd = Resist. contenedor – disip.
Rd = Resistencia del disipador
Tj = Temperatura de la unión
Tc = Temperatura del
contenedor
Td = Temperatura del disipador
Ta = Temperatura ambiente

71. Protección contra sobreintensidades
Principales causas de sobreintensidades
La causa principal de sobreintensidad es, naturalmente, la presencia de un cortocircuito
en la carga, debido a cualquier causa. De todos modos, pueden aparecer picos de
corriente en el caso de alimentación de motores, carga de condesadores, utilización
en régimen de soldadura, etc. Estas sobrecargas se traducen en una elevación de
temperatura enorme en la unión, que es incapaz de evacuar las calorias generadas,
pasando de forma casi instantánea al estado de cortocircuito (avalancha térmica).
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72. Dispositivos de protección
Los dispositivos de protección que aseguran una
eficacia elevada o total son numerosos y por eso los
más empleados actualmente siguen siendo los
fusibles, del tipo "ultrarrápidos" en la mayoría de los
casos. Los fusibles, como su nombre indica, actúan
por la fusión del metal de que están compuestos y
tienen sus características indicadas en función de la
potencia que pueden manejar; por esto el calibre de
un fusible no se da sólo con su valor eficaz de
corriente, sino incluso con su I2
t y su tensión.
Parámetro I2
t
La I2
t de un fusible es la caracterísitca de fusión del
cartucho; el intervalo de tiempo t se indica en
segundos y la corriente I en amperios.
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