ELECTRÓNICA DE POTENCIA (AI)
DOCUMENTO GUÍA 1 DIODO DE POTENCIA
EL DIODO DE POTENCIA
Uno de los dispositivos más importantes de los circuitos de
potencia son los diodos, aunque tienen, entre otras, las
siguientes limitaciones:
•
•
Son dispositivos unidireccionales no pudiendo circular la
corriente en sentido contrario al de conducción.
El único procedimiento de control es invertir el voltaje
entre ánodo y cátodo.
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 fuga.
Las características más importantes del diodo las podemos
agrupar de la siguiente forma:
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 25°).
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 máxima (𝑰𝑭 ): Es la corriente máxima que
circular por el diodo cuando se encuentra en el estado de
conducción.
Intensidad inversa (𝑰𝑹 ): Es la corriente que circula por el diodo
en polarización inversa.
En la Tabla 2 se presentan los parámetros en conducción de
algunas referencias de diodos.
Tabla 2
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Características estáticas.
Parámetros en conducción.
Características dinámicas.
Recuperación directa.
Parámetro
Tensión inversa de pico repetitivo (𝑽𝑹𝑹𝑴 ): Es la que puede ser
soportada en picos de 1 ms, repetidos cada 10 ms de forma
continua.
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 de este.
Tensión inversa continua (𝑽𝑹(𝑹𝑴𝑺) ): Es la tensión continua que
soporta el diodo en estado de bloqueo.
Caída de tensión en polarización directa (V F): Tensión directa
en los extremos del diodo en conducción.
En la Tabla 1 se presentan las características estáticas de
algunas referencias de diodos.
Tabla 1
1N4004
1N4007
Working Peak Reverse
Voltage
400V
1000V
----
---
Peak Repetitive Reverse
Voltage
400V
1000V
100V
1000V
Non−Repetitive Peak Reverse
Voltage
480V
1200V
----
---
400V
1000V
100V
1000V
280V
700V
----
700V
0.93V-1.1V
0.93V-1.1V
0.62V0,72V
1.2V
DC Blocking Voltage
Maximum RMS Voltage
Forward Voltage Drop
(
VF
)
1N4007
1N4148
1N5408
1A
1A
--
3A
--
--
450mA
--
Non-repetitive peak forward
current
30A (for
1 cycle)
30A (for
1 cycle)
1us – 4A
1ms – 1A
1s – 0.5A
200A
Continuous forward current
--
--
200mA
--
0.05 uA
0.05 uA
25 nA
5.0 uA
500 uA
(
)
Repetitive peak forward
current
Tensión inversa de pico de trabajo (𝑽𝑹𝑾𝑴): Es la que puede
ser soportada por el dispositivo de forma continua, sin peligro
de entrar en ruptura por avalancha.
Symbol
1N4004
Maximum average forward
current
CARACTERÍSTICAS ESTÁTICAS
Parámetro
Symbol
Reverse Current
Ta = 25 °C
Ta = 100 °C
CARACTERÍSTICAS DINÁMICAS
Recuperación inversa
Una característica importante de un diodo es la corriente de
recuperación inversa. Cuando un diodo pasa de conducción a
corte, la corriente en él disminuye y, momentáneamente se
hace negativa antes de alcanzar el valor cero.
Tiempo de almacenamiento (ta): Es el tiempo que transcurre
desde el paso por cero de la intensidad hasta llegar al pico
negativo.
Tiempo de caída (tb): 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.
Tiempo de recuperación inversa (t rr): Depende del tiempo de
caída y del tiempo de almacenamiento. Se define como la suma
de ambos. trr = ta + tb.
1N4148 1N5408
En la Figura 1 se muestra el comportamiento en corriente de un
diodo con tiempo de recuperación suave (a) y un diodo con
tiempo de recuperación abrupto (b).
PARÁMETROS EN CONDUCCIÓN
Intensidad media nominal (𝑰𝑭(𝑨𝑽) ): Valor medio de la forma de
onda de la corriente durante un periodo de una señal de 180°.
Figura 1
Donde IRR es la intensidad pico negativa.
La relación entre tb / ta es conocida como factor de suavizado
"SF".
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.
Los diodos rectificadores de propósito (o uso) general tienen un
tiempo de recuperación inversa relativamente grande, en el
caso típico es de unos 25us, y se usan en aplicaciones de baja
velocidad, donde no es crítico el tiempo de recuperación (por
ejemplo, en rectificadores y convertidores de diodo, para
aplicaciones con una frecuencia de entrada baja, hasta de 1khz,
y para convertidores conmutados por línea).
RECUPERACIÓN DIRECTA
Si se le aplica una polarización directa, se obligaría al diodo a
conducir. Pero, se requiere un cierto tiempo, conocido como
tiempo de recuperación directa, antes de que los portadores
mayoritarios de toda la unión puedan contribuir al flujo de la
corriente. El tiempo de recuperación directa limita la velocidad
de elevación de la corriente directa.
Tensión de recuperación directa (Vfr): Es la tensión máxima
durante el encendido.
Tiempo de recuperación directo (t fr): 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.
Tiempo de subida (tr): Tiempo en que la corriente pasa del 10%
al 90% de su valor directo nominal. Suele estar controlado por el
circuito externo.
En la Figura 2 se observa el comportamiento de la corriente y
voltaje de un diodo durante el tiempo de recuperación directa.
Figura 2
En la Tabla 3 se presentan el tiempo de recuperación directa de
algunas referencias de diodos.
Parámetro
Reverse recovery time
Symbol
1N4004
1N4007
1N4148
4ns
1N5408
0
