DIODO DE POTENCIA.pdf

Electrónica de potencia • Objetivos de la materia: – Entender las aplicaciones de la electrónica de potencia. – Conocer diferentes dispositivos de potencia y sus usos.

• Definición de “electrónica de potencia”: – Es la aplicación de dispositivos electrónicos al control y conversión de energía eléctrica. – Ejemplos: Control de motores, calefacción, sistemas de iluminación, fuentes de alimentación, etc.

• Dispositivos semiconductores de potencia: – Se pueden clasificar en cinco tipos: 1. Diodos de potencia 2. Tiristores 3. TBJ de potencia (Transistores bipolares de juntura) 4. MOSFET de potencia 5. IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistors)

Dispositivos de potencia: Los dispositivos de potencia se van a identificar por las siguientes características:

• Tienen dos estados de funcionamiento: bloqueo y conducción • Son capaces de soportar potencias elevadas • El funcionamiento de estos dispositivos tiene que ser posible con un bajo consumo de potencia

Efectos indeseados: •

Éstos circuitos operan encendiendo y apagándose constantemente, lo que introduce ruido en: – –

La tensión de salida La fuente de alimentación

•

Esto genera problemas: – Inyecta ruido en la carga Inyecta ruido en la fuente de alimentación – – Produce interferencia en circuitos cercanos

•

Para reducir estos problemas se puede: Usar filtros de entrada y de salida – – Elegir el circuito más conveniente – Usar blindaje electromagnético

EL DIODO DE POTENCIA

2.Diodos de potencia Esquema del diodo :

Curvas características:

Curva característica A (ánodo) i

+ V

-

1

i [mA] (exponencial)

P N

K (cátodo)

DIODOS DE POTENCIA

0

VD

i [A] V [Volt.]

-40

0

-2

V [V]

Concepto de diodo ideal En polarización directa, la caída de tensión es nula, sea cual sea el valor de la corriente directa conducida

i

i

DIODOS DE POTENCIA

Ánodo

+ V

Cátodo

curva característica

-

V En polarización inversa, la corriente conducida es nula, sea cual sea el valor de la tensión inversa aplicada

El diodo semiconductor

Ánodo

DIODOS DE POTENCIA

Ánodo

Terminal

Encapsulado (cristal o resina sintética)

Contacto metalsemiconductor

P N

Cátodo

Oblea de semiconductor

Contacto metalsemiconductor

Marca señalando el cátodo

Cátodo

Terminal

Encapsulados de diodos Axiales

1N4148 (Si)

DO 201

DIODOS DE POTENCIA

DO 204

1N4007 (Si)

Agrupación de diodos semiconductores 2 diodos en cátodo común

~

~

Puente de diodos

Anillo de diodos

+ + ~ ~ -

DIODOS DE POTENCIA

+

~ +~

~

~

B380 C3700 (Si)

BYT16P-300A (Si) B380 C1500 (Si)

HSMS2827 (Schottky Si)

Encapsulados de diodos D 61 TO 220 AC

DOP 31

DIODOS DE POTENCIA

DO 5

TO 247 B 44

Encapsulados de diodos Módulos de potencia

Varios dispositivos en un encapsulado común Alta potencia Aplicaciones Industriales

DIODOS DE POTENCIA

Se pueden pedir a medida

Motores

Satélites

2.Diodos de potencia Encapsulado DO-5:

Función del encapsulado: -

Conexión eléctrica Disipación térmica Aislamiento eléctrico

2.Diodos de potencia

“

Curvas características y circuitos equivalentes

i Curva característica real

Curva característica ideal

Curva característica asintótica

DIODOS DE POTENCIA

pendiente = 1/rd

V 0 V ideal

Circuito equivalente asintótico

rd real (asintótico)

V

Parámetros Parámetros en inversa: •VR= Tensión Inversa (Tensión continua capaz que es de soportar el diodo) •VRM = Tensión de pico

•VBR = Tensión de ruptura •IR = Corriente inversa (corriente de fuga) Parámetros en directa:

DIODOS DE POTENCIA

• VD = Tensión en directa • I = Corriente directa • IAV= Corriente media directa • IFM= Corriente máxima en directa

• IFRM = Corriente de pico repetitiva • IFSM= Corriente directa de sobrecarga

Características fundamentales

• Tensión de ruptura • Caída de tensión en conducción • Corriente máxima • Velocidad de conmutación

DIODOS DE POTENCIA

Tensión de ruptura

Baja tensión

Media tensión

Alta tensión

15 V

100 V

500 V

30 V

150 V

600 V

45 V

200 V

800 V

55 V

400 V

1000 V

60 V 80 V

1200 V

Tensión de codo

i Curva característica real

pendiente = 1/rd

DIODOS DE POTENCIA

V 0 V A mayor tensión de ruptura , mayor caída de tensión en conducción Señal VRuptura VCodo

< 100 V 0,7 V

Potencia

200 – 1000 V <2V

Alta tensión

10 – 20 kV >8V

Datos del diodo en corte

DIODOS DE POTENCIA

Tensión inversa VRRM

Repetitive Peak Voltage

La tensión máxima es crítica Pequeñas sobretensiones pueden romper el dispositivo

DIODOS DE POTENCIA

Datos del diodo en conducción Corriente directa IF

Forward Current

Corriente directa de pico repetitivo IFRM

Repetitive Peak Forward Current

La corriente máxima se indica suponiendo que el dispositivo está atornillado a un radiador

Características dinámicas Indican capacidad de conmutación del diodo

R

a

DIODOS DE POTENCIA

V1

b V2 i V1/R

i +

Transición de “a” a “b”

V -

t Comportamiento dinámicamente ideal

V -V2

t

Características dinámicas

Transición de “a” a “b”

R a

DIODOS DE POTENCIA

V1

b V2

i +

i

V1/R

trr

V -

ts = tiempo de almacenamiento (storage time )

ts

-V2/R

V

tf = tiempo de caída (fall time ) trr = tiempo de recuperación inversa (reverse recovery time )

-V2

t tf (i= -0,1·V2/R)

t

Transición de “b” a “a” (encendido)

Características dinámicas

R a

b V2

V1

i +

V -

i DIODOS DE POTENCIA

El proceso de encendido es más rápido que el apagado.

0,9·V1/R 0,1·V1/R

td

tr

tfr

td = tiempo de retraso (delay time ) tr = tiempo de subida (rise time )

tfr = td + tr = tiempo de recuperación directa (forward recovery time )

DIODOS DE POTENCIA

Características dinámicas

Características Principales

DIODOS DE POTENCIA

Corriente directa Tensión inversa Tiempo de recuperación Caída de tensión en conducción

Encapsulado

Tiempo de recuperación en inversa Un diodo de potencia tiene que poder conmutar rápidamente del estado de corte al estado de conducción. El tiempo que tarda en conmutar se llama : TIEMPO DE RECUPERACIÓN EN INVERSA

DIODOS DE POTENCIA

Los diodos se pueden clasificar en función de su tiempo de recuperación:

Tipos de diodos

Se clasifican en función de la rapidez (trr)

DIODOS DE POTENCIA

VRRM

IF

trr

•

Standard

100 V - 600 V

1 A – 50 A

> 1 s

•

Fast

100 V - 1000 V

1 A – 50 A

100 ns – 500 ns

•

Ultra Fast

200 V - 800 V

1 A – 50 A

20 ns – 100 ns

•

Schottky

15 V - 150 V

1 A – 150 A

< 2 ns

Las características se pueden encontrar en Internet (pdf) Direcciones web www.irf.com www.onsemi.com www.st.com www.infineon.com

Aplicaciones: DIODOS DE GAMA MEDIA: •Fuentes de alimentación •Soldadores

DIODOS RÁPIDOS •Aplicaciones en que la velocidad de conmutación es crítica

DIODOS DE POTENCIA

•Convertidores CD – CA

DIODOS SCHOTTKY •Fuentes de alimentación de bajo voltaje y alta corriente •Fuentes de alimentación de baja corriente eficientes