Electrónica De Potencia: Ing. Msc Dario Jaramillo

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DIODOS DE POTENCIA Y CIRCUITOS Electrónica de Potencia - Ing. Dario Jaramillo Msc.

CAPITULO I

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[1] E. BALLESTER; R. PIQUÉ, "Electrónica de Potencia: Principios Fundamentales y Estructuras Básicas", México, Alfaomega, 2012. BIBLIOGRAFÍA COMPLEMENTARIA [2] A.M. Trzynadlowski, Introduction To Modern Power Electronics, John Wiley & Sons, 2010. [3] H. Yoshihide, Handbook Of Power Systems Engineering With Power Electronics Applications, Wiley, 2013. [4] G. Enriquez Harper, Electrónica De Potencia Básica, Limusa, 2010

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BIBLIOGRAFIA BASE

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Características de los diodos de Potencia

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Introducción

1. Un diodo funciona como un interruptor (rectificadores, transferencia de energía entre componentes, aislamiento de voltaje, entre otras). 2. Para la mayor parte de de las aplicaciones, se puede suponer que los diodos de potencia son INTERRUPTORES IDEALES, pero los diodos reales difieren de las características ideales y tienen ciertas limitaciones.

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Los diodos semiconductores de potencia juegan un papel significativo en los circuitos electrónicos de potencia.

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Sin embargo, los diodos de potencia tienen mayores capacidades en el manejo de la energía, el voltaje y la corriente, que los diodos de señal ordinarios . 4. La respuesta a la frecuencia (o velocidad de conmutación) es baja en comparación con los diodos de señal.

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3. Se puede decir que los diodos de potencia son similares a los diodos de señal de unión pn.

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Características de los diodos

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Un diodo de potencia es un dispositivo de unión pn de dos terminales.

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- Un diodo en conducción tiene una caída de voltaje directa relativamente pequeña a través de si mismo; la magnitud de eta caída de voltaje depende del proceso de manufactura

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Cuando el potencial del ánodo es positivo con respecto al cátodo, se dice que le diodo tiene polarización directa o positiva y el diodo conduce.

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- Bajo condiciones de polarización inversa, fluye una pequeña corriente inversa (también conocida como corriente de fuga)

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Cuando el potencial del cátodo es positivo con respecto al ánodo, se dice que le diodo tiene polarización inversa o negativa y el diodo NO conduce.

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- La corriente de fuga producida esta dentro de los rangos de los miliamperios, cuya magnitud crece lentamente en función del voltaje inverso , hasta llegar al voltaje de avalancha o zener.

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𝐼𝐷 = 𝐼𝑠 (𝑒

𝑉𝑑 𝑛𝑉𝑡

− 1) (A)

donde : •

𝐼𝑠 es la corriente de saturación en inversa

•

𝑉𝐷 es el voltaje de polarización en directa aplicado a través del diodo

•

𝑛 es un factor de idealidad, el cual es una función de las condiciones de operación y construcción física; varía entre I y 2 según una amplia diversidad de factores.

(se supondrá n = I en todo este texto a menos que se indique de otra manera).

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Las características V – I mostradas en la figura anterior, se pueden expresar mediante una ecuación conocida como ecuación de Shockley, para las regiones de polarización en directa y en inversa:

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voltaje VT en la ecuación (1. 1) se llama voltaje térmico y está determinado por

𝑘𝑇 𝑉𝑡 = 𝑞

(𝑉)

Donde 𝑘 es la constante de Boltzmann =1.38𝑥10−23 𝐽/𝐾 𝑇es la temperatura absoluta en Kelvin = 273 + la temperatura en º𝐶. 𝑞 es la magnitud de la carga del electrón = 1.6𝑥10−19 𝐶..

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• El

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A una temperatura ambiente de 2 grados centígrados, el voltaje VT será?

Como cambia el voltaje VT si se incrementa el valor de la temperatura a 27 grados centígrados? Es el valor de VT directa o inversamente proporcional a la temperatura? 𝑇 = 273 + º𝐶 = 273 + 27 = 300𝑘

𝑘𝑇 (1.38𝑥10−23 𝐽/𝐾)𝑥(300) 𝑉𝑇 = = 𝑞 1.6𝑥10−19 𝐶 =25.875 ≈26 mV

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𝑘𝑇 1.3806𝑥10−23 𝑥(273 + 25) 𝑉𝑇 = = ≈ 25.8 𝑚𝑉 −19 𝑞 1.6022𝑥10

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Sin embargo las características del diodo se pueden dividir en tres regiones:

2. Región de polarización inversa, donde VD < 0.

3. Región de ruptura, donde VD < -VZ.

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1. Región de polarización directa, donde VD > 0.

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REGION DE POLARIZACION DIRECTA

• La corriente del diodo ID es muy pequeña si el voltaje del diodo VD es menor que VTD (típicamente 0.7) • El diodo conduce totalmente si VD es mayor que este valor VTD, que se conoce como el

voltaje umbral, voltaje de corte o voltaje de activación.

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• En la región de polarización directa, VD > 0.

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REGION DE POLARIZACION DIRECTA

𝐼𝐷 =

𝑉𝑑 𝐼𝑠 𝑒 𝑛𝑉𝑡

− 1) − 𝐼𝑠

Con valores positivos de VD el primer término de la ecuación anterior crecerá con rapidez y anulará por completo el efecto del segundo término

𝐼𝐷 ≅

𝑉𝑑 𝐼𝑠 𝑒 𝑛𝑉𝑡

(𝑉𝐷 𝑝𝑜𝑠𝑖𝑡𝑖𝑣𝑜)

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𝐼𝐷 = 𝐼𝑠 (𝑒

𝑉𝑑 𝑛𝑉𝑡

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REGION DE POLARIZACION INVERSA polarización

• La corriente del diodo ID aparentemente permanece constante, a pesar que se incremente el voltaje en inversa. • Cuando el existe la transición de directa a inversa y el VD = 0, la corriente del diodo será 0. 𝐼𝐷 = 𝐼𝑠 (𝑒 0 −1) = 𝐼𝑠 (1 − 1) = 0 𝑚𝐴

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• En la región de inversa, VD < 0.

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REGION DE POLARIZACION INVERSA

𝐼𝐷 =

𝑉𝑑 𝐼𝑠 𝑒 𝑛𝑉𝑡

− 1) − 𝐼𝑠

Con valores negativos de VD el término exponencial se reduce con rapidez por debajo del nivel de I y la ecuación resultante para ID es:

𝐼𝐷 ≅ −𝐼𝑠

(𝑉𝐷 𝑛𝑒𝑔𝑎𝑡𝑖𝑣𝑜)

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𝐼𝐷 = 𝐼𝑠 (𝑒

𝑉𝑑 𝑛𝑉𝑡

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REGION DE POLARIZACION INVERSA

• La magnitud del voltaje inverso excede un voltaje especificado conocido como voltaje de ruptura, VBR. • La corriente inversa aumenta rápidamente con un pequeño cambio en voltaje inverso mas allá del VBR.

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• En la región de ruptura, el voltaje inverso es alto, por lo general mayor a 1000V.

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• La operación en la región de ruptura no será destructiva, siempre y cuando la disipación de la potencia este dentro del nivel seguro especificado en la hoja de datos del fabricante.

• A menudo es necesario limitar la corriente inversa en la región de la ruptura, a fin de mantener la disipación de la energía dentro de valores permisibles.

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REGION DE POLARIZACION INVERSA

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