DIODO DE POTENCIA.pdf

8/17/2019 DIODO DE POTENCIA.pdf

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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 yconversión de energía eléctrica.Ejemplos: Control de motores, calefacción, sistemas deiluminación, fuentes de alimentación, etc.

–


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• Dispositivos semiconductores de potencia:

– Se pueden clasificar en cinco tipos:

1. Diodos de potencia2. Tiristores

3. TBJ de potencia (Transistores bipolares de juntura)4. MOSFET de potencia5. IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistors)


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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


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Efectos indeseados:

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

–

–

La tensión de salidaLa fuente de alimentación

• Esto genera problemas: –

–

–

Inyecta ruido en la cargaInyecta ruido en la fuente de alimentaciónProduce interferencia en circuitos cercanos

• Para reducir estos problemas se puede:

–

–

–

Usar filtros de entrada y de salidaElegir el circuito más convenienteUsar blindaje electromagnético


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EL DIODO DE POTENCIA


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2.Diodos de potencia

Esquema del diodo:

Curvascaracterísticas:


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P

N+

-

i

V

Curva característica

0

1

VD

i [mA]

V [V]

(exponencial)

D

I O D O S

D E P O

T E N C I A

A (ánodo)

K (cátodo)

-40

0

-2

i [ A]V [Volt.]


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Concepto de diodo ideal

En polarización inversa, la corrienteconducida es nula, sea cual sea el valor de la tensión inversa aplicada

En polarización directa, la caídade tensión es nula, sea cual sea

el valor de la corriente directaconducida

Ánodo

Cátodo

i

V

i

V

+

-

curva característica

D

I O D O S

D E P O

T E N C I A


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El diodo semiconductor

Ánodo

Cátodo

Ánodo

Cátodo

Encapsulado(cristal o resinasintética)

Terminal

Terminal

PN

Marcaseñalando elcátodo

Contacto metal-semiconductor

Contacto metal-

semiconductor

Oblea desemiconductor

D

I O D O S

D E P O

T E N C I A


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1N4007

(Si)

1N4148(Si)

Encapsulados de diodos

D

I O D O S

D E P O

T E N C I A

DO 201

DO 204

Axiales


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Agrupación de diodos semiconductores

2 diodos en cátodocomún

BYT16P-300A(Si)

+~

+

~

~

Anillo de diodos

HSMS2827(Schottky Si)

-

~

~

+

Puente de diodos

B380 C1500(Si)

~+ -

B380 C3700(Si)

D

I O D O S

D E P O

T E N C I A


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D

I O D O S

D E P O

T E N C I A

TO 220 AC

D 61

DOP 31

TO 247

B 44

DO 5


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D

I O D O S

D E P O

T E N C I A

Módulos de potencia

Varios dispositivos en un encapsulado común

Alta potencia

Aplicaciones Industriales

Se pueden pedir a medida

Motores Satélites


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2.Diodos de potenciaEncapsulado DO-5:

Función del encapsulado:

---

Conexión eléctricaDisipación térmica

Aislamientoeléctrico


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2.Diodos de potencia

“


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Curvas características y circuitos equivalentes

V

r dreal (asintótico)

ideal

0

i

V

V

pendiente = 1/r d

Circuito equivalente asintótico

Curvacaracterística real

Curva característicaasintótica

Curva característicaideal

D

I O D O S

D E P O T E N C I A

P á t


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Parámetros

D

I O D O S

D E P O T E N C I A

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:

• VD = Tensión en directa

• I = Corriente directa

• I AV= Corriente media directa

• IFM= Corriente máxima en directa

• IFRM = Corriente de pico repetitiva

• IFSM= Corriente directa de sobrecarga

Características f ndamentales


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D

I O D O S

D E P O T E N C I A

Características fundamentales

• Tensión de ruptura

• Caída de tensión en conducción

• Corriente máxima

• Velocidad de conmutación

Tensión de ruptura

Baja tensión Media tensión Alta tensión

15 V

30 V45 V

55 V

60 V

80 V

100 V

150 V200 V

400 V

500 V

600 V800 V

1000 V

1200 V

Tensión de codo


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D

I O D O S

D E P O T E N C I A

Tensión de codo

0

i

V

V

pendiente = 1/r d

Curvacaracterística real

A mayor tensión de ruptura , mayor caída de tensión en conducción

Señal Potencia Alta tensión

VRuptura

VCodo

< 100 V

0,7 V

200 – 1000 V

< 2 V

10 – 20 kV

> 8 V

D t d l di d t


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D

I O D O S

D E P O T E N C I A

Datos del diodo en corte

Tensión inversa VRRM Repetit ive Peak Voltage

La tensión máxima es crítica

Pequeñas sobretensiones pueden romper el dispositivo

Datos del diodo en cond cción


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D

I O D O S

D E P O T E N C I A

Datos del diodo en conducción

Corriente directa IF Forward Current

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

Corriente directa de pico repetitivo IFRM Repetit ive Peak Forward Cur rent

Características dinámicas


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Comportamiento

dinámicamente ideal

Transición de “a” a “b”a b

V1V2

R i

V+

-i

V

t

t

V1 /R

-V2 D I O D O S

D E P O T E N C I A


Indican capacidad de conmutación del diodo



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a b

V1V2

R i

V+

-

Transición de “a” a “b”

i

V

t

t

trr

V1 /R

-V2 /Rts

tf (i= -0,1·V2 /R)

-V2

ts = tiempo de almacenamiento(storage time )

tf = tiempo de caída (fall time )

trr = tiempo de recuperacióninversa (reverse recovery time )

D

I O D O S

D E P O T E N C I A


Transición de “b” a “a” (encendido)Características dinámicas


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a b

V1V2

R

i

V+

-i

td = tiempo de retraso (delay time )

tr = tiempo de subida (rise time )

tfr = td + tr = tiempo de recuperación directa

(forward recovery time )

tr

0,9·V1 /R

td

0,1·V1 /R

tfr

Transición de b a a (encendido)

El proceso de encendido es másrápido que el apagado.

D

I O D O S

D E P O T E N C I A




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D

I O D O S

D E P O T E N C I A


Características Principales


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D

I O D O S

D E P O T E N C I A

Características Principales

Corriente directaTensión inversaTiempo de recuperaciónCaída de tensiónen conducción

Encapsulado

Tiempo de recuperación en inversa


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Tiempo de recuperación en inversa

D

I O D O S

D E P O T E N C I A

Un diodo de potencia tiene que poder conmutar rápidamente delestado de corte al estado de conducción.

El tiempo que tarda en conmutar se llama :TIEMPO DE RECUPERACIÓN EN INVERSA

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

Tipos de diodos


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D

I O D O S

D E P O T E N C I A

Tipos de diodos

Se clasifican en función de la rapidez (trr )

• Standard

• Fast

• Ultra Fast

• Schottky

VRRM trr

IF

100 V - 600 V

100 V - 1000 V

200 V - 800 V

15 V - 150 V

> 1 s

100 ns – 500 ns

20 ns – 100 ns

< 2 ns1 A – 150 A

1 A – 50 A

1 A – 50 A

1 A – 50 A

Las características se pueden encontrar en Internet (pdf)

Direcciones web

www.irf.com

www.onsemi.com

www.st.com

www.infineon.com

Aplicaciones:


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Aplicaciones:

D

I O D O S

D E P O T E N C I A

DIODOS DE GAMA MEDIA:

•Fuentes de alimentación

•Soldadores

DIODOS RÁPIDOS

• Aplicaciones en 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

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