UNIVERSIDAD CATOLICA DE CUENCAFACULTAD DE INGENIERIA ELECTRICA Y

ELECTRONICA

TEMA:Diodos Semiconductores de Potencia

NOMBRE:Franklin Romero

CURSO:Tercero “A” Eléctrica

MATERIA:Electrónica de Potencia

PROFESOR:Ing. José Luis Paladines

CUENCA-ECUADOR2012-2013

Diodos Semiconductores de Potencia

Un diodo semiconductor es una estructura P-N que, dentro de sus límites de tensión y corriente, permite la circulación de corriente en un único sentido. Detalles de funcionamiento, generalmente despreciados para los diodos de señal, pueden ser significativos para componentes de mayor potencia, caracterizados por un área mayor (para permitir mayores corrientes) y mayor longitud (para soportar tensiones inversas más elevadas).

El diodo está formado por una sola unión PN, aunque la estructura de un diodo de potencia es algo diferente a la de un diodo de señal, puesto que en este caso existe una región N intermediaria con un bajo dopaje. El papel de esta región es permitir al componente soportar tensiones inversas más elevadas. Esta región de pequeña densidad de dopaje dará al diodo una significativa característica resistiva en polarización directa, la cual se vuelve más significativa cuanto mayor sea la tensión que ha de soportar el componente.

La figura siguiente muestra el símbolo y la característica estática corriente-tensión de un diodo de potencia.

La tensión VF que se indica en la curva estática corriente-tensión se refiere a la caída de tensión cuando el diodo está conduciendo (polarización directa). Para diodos de potencia, ésta tensión de caída en conducción directa oscila aproximadamente entre 1 y 2 Volts. Además, esta caída depende de la corriente que circule, teniéndose

una característica corriente - tensión bastante lineal en la zona de conducción.

El único procedimiento de control consiste en invertir la tensión ánodo cátodo, no disponiendo de ningún terminal de control. En régimen transitorio cabe destacar dos fenómenos:

1) Recuperación Inversa: El paso de conducción a bloqueo no se efectúa instantáneamente. Cuando el diodo conduce una corriente I en polarización directa, la zona central de la unión está saturada de portadores mayoritarios, y aunque un circuito externo fuerce la anulación de la corriente aplicándole una tensión inversa, cuando la corriente pasa por cero aún existe una cantidad de portadores que cambian su sentido de movimiento y permiten la conducción de una corriente inversa durante un tiempo, denominado tiempo de recuperación inverso (trr), tal como se muestra en la figura 2.3..

2) Recuperación Directa: Es otro fenómeno de retardo de menor importancia que el anterior, cuando el diodo pasa de bloqueo a conducción.

En el proceso de puesta en conducción, la respuesta del diodo es inicialmente de bloqueo a la corriente. Siendo esta respuesta quien provoca una sobre tensión Vfp, ocasionada por la modulación de la conductividad del diodo durante la inyección de portadores minoritarios. Así el diodo se asemeja a una resistencia donde su valor decrece con el tiempo.

Características

A continuación se mostrara las características más importantes del diodo las cuales podemos agrupar de la siguiente forma:

Características estáticas:

Parámetros en bloqueo (polarización inversa).

Tensión inversa de pico de trabajo (VRWM): es la que puede ser soportada por el dispositivo de forma continuada, sin peligro de entrar en ruptura por avalancha.

Tensión inversa de pico repetitivo (VRRM): es la que puede ser soportada en picos de 1 ms, repetidos cada 10 ms de forma continuada.

Tensión inversa de pico no repetitiva (VRSM): es aquella que puede ser soportada una sola vez durante 10ms cada 10 minutos o más.

Parámetros en conducción.

Intensidad media nominal (IF(AV)): es el valor medio de la máxima intensidad de impulsos sinusoidales de 180º que el diodo puede soportar.

Intensidad directa de pico no repetitiva (IFSM): es el máximo pico de intensidad aplicable, una vez cada 10 minutos, con una duración de 10 ms.

Modelo estático.

Los distintos modelos del diodo en su región directa (modelos estáticos) se representan en la figura anterior. Estos modelos facilitan los cálculos a realizar, para los cual debemos escoger el modelo adecuado según el nivel de precisión que necesitemos.

Estos modelos se suelen emplear para cálculos a mano, reservando modelos más complejos para programas se simulación. Dichos modelos suelen ser proporcionados por el fabricante, e incluso pueden venir ya en las librerías del programa.

Características dinámicas:

Tiempo de recuperación inverso (trr).

El paso del estado de conducción al de bloqueo en el diodo no se efectúa instantáneamente. Si un diodo se encuentra conduciendo una corriente IF, la zona central de la unión P-N está saturada de portadores mayoritarios con tanta mayor densidad de éstos cuanto mayor sea IF.

Influencia del trr en la conmutación.

Si el tiempo que tarda el diodo en conmutar no es despreciable:

Se limita la frecuencia de funcionamiento. Existe una disipación de potencia durante el tiempo de

recuperación inversa.

Para altas frecuencias, por tanto, debemos usar diodos de recuperación rápida

Tiempo de recuperación directo.

Es el tiempo que transcurre entre el instante en que el la tensión ánodo-cátodo se hace positiva y el instante en que dicha tensión se estabiliza en el valor VF.

Potencias:

Potencia máxima disipable.

Es un valor de potencia que el dispositivo puede disipar, pero no debemos confundirlo con la potencia que disipa el diodo durante el funcionamiento, llamada esta potencia de trabajo.

Potencia media disipada.

Es la disipación de potencia resultante cuando el dispositivo se encuentra en estado de conducción, si se desprecia la potencia disipada debida a la corriente de fugas.

Potencia inversa de pico repetitivo.

Es la máxima potencia que puede disipar el dispositivo en estado de bloqueo.

Potencia inversa de pico no repetitivo.

Similar a la anterior, pero dada para un pulso único.

Tipos de Diodos

Dependiendo de las aplicaciones, existen varios tipos de diodos:

Diodos Schottky: Se utilizan cuando se necesita una caída de tensión directa muy pequeña (0,3 V típicos) para circuitos con tensiones reducidas de salida.

Diodos rectificadores o de frecuencia de línea: La tensión en el estado de conducción (ON) de estos diodos es la más pequeña posible, y como consecuencia tienen un trr grande, el cual es únicamente aceptable en aplicaciones de la frecuencia de línea.

Diodos de recuperación rápida: Son adecuados en circuitos de frecuencia elevada en combinación con interruptores controlables, donde se necesitan tiempos de recuperación pequeños.

Aplicaciones

Diodos de gama media:

Fuentes de alimentación. Soldadoras.

Diodos rápidos:

Aplicaciones en la que la velocidad de conmutación es crítica. Convertidores CD-CA.

Diodos schottky:

Fuentes de alimentación de bajo voltaje y alta corriente. Fuentes de alimentación de baja corriente eficientes.