Diodos De Potencia

DIODO 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. El diodo es el interruptor electrónico más simple. No se puede controlar, son las tensiones e intensidades del circuito los que determinan los estados de conducción y corte.
En conducción pueden soportar una corriente media de 3000A llegando hasta tensiones inversas de 5000V.
El Si es el elemento semiconductor más empleado. Los diodos de potencia tienen una estructura más compleja que los de baja potencia. El paso de un estado a otro no es instantáneo y en dispositivos en los se trabaja a alta frecuencia, es muy importante el tiempo de paso entre estados, puesto que éste acotará las frecuencias de trabajo.

Los diodos de potencia se caracterizan porque en estado de conducción, deben ser capaces de soportar una alta intensidad con una pequeña caída de tensión. En sentido inverso, deben ser capaces de soportar una fuerte tensión negativa de ánodo con una pequeña intensidad de fugas.

La curva característica será la que se puede ver en la parte superior, donde:

V_RRM: tensión inversa máxima
V_D: tensión de codo.

CARACTERISTICAS ESTATICAS

PARÁMETROS EN BLOQUEO

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.

Tensión de ruptura (VBR): si se alcanza, aunque sea una sola vez, durante 10 ms el diodo puede destruirse o degradar las características del mismo.

Tensión inversa continua (VR): es la tensión continua que soporta el diodo en estado de bloqueo.

PARÁMETROS EN CONDUCCIÓN

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

Intensidad de pico repetitivo (IFRM): es aquella que puede ser soportada cada 20 ms , con una duración de pico a 1 ms, a una determinada temperatura de la cápsula (normalmente 25º).

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.

Intensidad directa (IF): es la corriente que circula por el diodo cuando se encuentra en el estado de conducción.

CARACTERISTICAS DINAMICAS

TIEMPO DE RECUPERACION INVERSA

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

Si mediante la aplicación de una tensión inversa forzamos la anulación de la corriente con cierta velocidad di/dt, resultará que después del paso por cero de la corriente existe cierta cantidad de portadores que cambian su sentido de movimiento y permiten que el diodo conduzca en sentido contrario durante un instante.

La tensión inversa entre ánodo y cátodo no se establece hasta después del tiempo ta llamado tiempo de almacenamiento, en el que los portadores empiezan a escasear y aparece en la unión la zona de carga espacial. La intensidad todavía tarda un tiempo tb (llamado tiempo de caída) en pasar de un valor de pico negativo (IRRM) a un valor despreciable mientras van desapareciendo el exceso de portadores.

ta (tiempo de almacenamiento): es el tiempo que transcurre desde el paso por cero de la intensidad hasta llegar al pico negativo.

tb (tiempo de caída): 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 intensidad hasta el 10 % de éste.

trr (tiempo de recuperación inversa): es la suma de ta y tb.

Qrr: se define como la carga eléctrica desplazada, y representa el área negativa de la característica de recuperación inversa del diodo.

di/dt: es el pico negativo de la intensidad.

Irr: es el pico negativo de la intensidad.

TIEMPO DE RECUPERACIÓN DIRECTO

tfr (tiempo de recuperación directo): es el tiempo que transcurre entre el instante en que la tensión ánodo-cátodo se hace positiva y el instante en que dicha tensión se estabiliza en el valor VF.

Este tiempo es bastante menor que el de recuperación inversa y no suele producir pérdidas de potencia apreciables.