Electrónica de Potencia/Diodo de potencia/Parámetros característicos de funcionamiento

Características Estáticas:

Estado de bloqueo

• Tensión inversa de pico de trabajo (V_RWM): 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 (V_RRM): es la que puede ser soportada en picos de 1 ms, repetidos cada 10 ms de forma continuada.
• Tensión inversa de pico no repetitiva (V_RSM): es aquella que puede ser soportada una sola vez durante 10ms cada 10 minutos o más.
• Tensión de ruptura (V_BR): si se alcanza, aunque sea una sola vez, durante 10 ms el diodo puede destruirse o degradar las características del mismo.
• Tensión inversa contínua (V_R): es la tensión continua que soporta el diodo en estado de bloqueo.

Parámetros en conducción

• Intensidad media nominal (I_F(AV)): es el valor medio de la máxima intensidad de impulsos sinusuidales de 180º que el diodo puede soportar.
• Intensidad de pico repetitivo (I_FRM): 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 (I_FSM): es el máximo pico de intensidad aplicable, una vez cada 10 minutos, con una duración de 10 ms.
• Intensidad directa (I_F): es la corriente que circula por el diodo cuando se encuentra en el estado de conducción.

Características Dinámicas

Recuperación inversa

Una característica importante de un diodo o ideal 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, como se muestra en la siguiente figura.

• Tiempo de almacenamiento (t_a): es el tiempo que transcurre desde el paso por cero de la intensidad hasta llegar al pico negativo.
• Tiempo de caída (t_c): 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 25 % de éste.
• Tiempo de recuperación inversa (t_rr): depende del tiempo de caída y del tiempo de almacenamiento. Se defie como la suma de ambos. t_rr=t_a y t_c.
• Factor de suavizado: SF = t_c/t_a

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 en directa, antes de que los portadores mayoritarios de toda la unión puedan contribuir al flujo de la corriente. El tiempo de recuperación en directo limita la velocidad de elevación de la corriente directa.

• Tensión de recuperación directa: es la tensión máxima durante el encendido.
• Tensión directa (V_on): caida de tensión del diodo en régimen permanente para la corriente nominal.
• 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 (t_r): tiempo en que la corriente pasa del 10% al 90% de su valor directo nominal. Suele estar controlado por el circuito externo.

Disipación de potencia

• Potencia máxima disipable (P_máx): 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 ésta potencia de trabajo.
• Potencia media disipada (P_AV): 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 repetitiva (P_RRM): Es la máxima potencia que puede disipar el dispositivo en estado de bloqueo.
• Potencia inversa de pico no repeptitiva (P_RSM): Similar a la anterior, pero dada para un pulso único.

Características térmicas

• Temperatura de la unión (T_jmáx): Es el límite superior de temperatura que nunca debemos hacer sobrepasar a la unión del dispositivo si queremos evitar su inmediata destrucción.En ocasiones, en lugar de la temperatura de la unión se nos da la "operating temperature range" (margen de temperatura de funcionamiento), que significa que el dispositivo se ha fabricado para funcionar en un intervalo de temperaturas comprendidas entre dos valores, uno mínimo y otro máximo.
• Temperatura de almacenamiento (T_stg): Es la temperatura a la que se encuentra el dispositivo cuando no se le aplica ninguna potencia. El fabricante suele dar un margen de valores para esta temperatura.
• Resistencia térmica unión-contenedor (R_jc): Es la resistencia entre la unión del semiconductor y el encapsulado del dispositivo. En caso de no dar este dato el fabricante se puede calcular mediante la fórmula:

$R_{jc}={\frac {T_{jm{\acute {a}}x}-T_{c}}{P_{m{\acute {a}}x}}}$

• Resistencia térmica contenedor-disipador (R_cd): Es la resistencia existente entre el contenedor del dispositivo y el disipador (aleta refrigeradora). Se supone que la propagación se efectúa directamente sin pasar por otro medio (como mica aislante, etc).

Tipos de diodos de potencia

• Diodos rectificadores para baja frecuencia

Características

I_F(AV): 1A – 6000 A

V_RRM: 400 – 3600 V

V_Fmax: 1,2V (a I_F(AV)max)

t_rr: 10 µs

Aplicaciones

Rectificadores de Red.

Baja frecuencia (50Hz).

• Diodos rápidos (fast) y ultrarrápidos (ultrafast)

Características

I_F(AV): 30A – 200 A

V_RRM: 400 – 1500 V

V_Fmax: 1,2V (a I_F(AV)max)

t_rr: 0,1 - 10 µs

Aplicaciones

Conmutación a alta frecuencia (>20kHz).

Inversores.

UPS (Sistema de alimentación ininterrumpida).

Accionamiento de motores CA.

• Diodos Schotkky

Características

I_F(AV): 1A – 120 A

V_RRM: 15 – 150 V

V_Fmax: 0,7V (a IF_(AV)max)

t_rr: 5 ns

Aplicaciones

Fuentes conmutadas.

Convertidores.

Diodos de libre circulación.

Cargadores de baterías.

• Diodos para aplicaciones especiales (alta tensión)

Características

I_F(AV): 0,45A – 2 A

V_R: 7,5kV – 18kV

V_RRM: 20V – 100V

t_rr: 150 ns

Aplicaciones

Aplicaciones de alta tensión.

• Diodos para aplicaciones especiales (alta corriente)

Características

I_F(AV): 50A – 7000 A

V_RRM: 400V – 2500V

V_F: 2V

t_rr:10 µs

Aplicaciones

Aplicaciones de alta corriente.

Enlaces externos

• El diodo de potencia
• Características del diodo de potencia
• Tipos de diodos