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LA ELECTRÓNICA DE POTENCIA
Definición:
La electrónica de potencia es aquella parte
de la electrónica que enlaza la electricidad
con la electrónica.
Ejemplos:
- Encendido electrónico de un vehículo
- Encendido de una televisión
- Elevalunas eléctrico
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 poca potencia
EL DIODO DE POTENCIA
Curva característica
A (ánodo)
i
+
V
-
1
i [mA]
(exponencial)
P
N
K (cátodo)
DIODOS DE POTENCIA
0
VD
i [A]
V [Volt.]
-40
0
-2
V [V]
Concepto de diodo ideal
En polarización directa, la caída
de tensión es nula, sea cual sea
el valor de la corriente directa
conducida
DIODOS DE POTENCIA
Ánodo
i
+
V
Cátodo
i
curva característica
-
V
En polarización inversa, la corriente
conducida es nula, sea cual sea el valor
de la tensión inversa aplicada
El diodo semiconductor
Ánodo
DIODOS DE POTENCIA
Ánodo
Terminal
Encapsulado
(cristal o resina
sintética)
Contacto metalsemiconductor
P
N
Cátodo
Oblea de
semiconductor
Contacto metalsemiconductor
Marca
señalando el
cátodo
Cátodo
Terminal
Encapsulados de diodos
Axiales
1N4148
(Si)
DO 201
DIODOS DE POTENCIA
DO 204
1N4007
(Si)
Agrupación de diodos semiconductores
2 diodos en cátodo
común
~
~
Puente de diodos
Anillo de diodos
+
+ ~ ~ -
DIODOS DE POTENCIA
+
~ +~
~
~
B380 C3700
(Si)
BYT16P-300A
(Si)
B380 C1500
(Si)
HSMS2827
(Schottky Si)
Encapsulados de diodos
D 61
TO 220 AC
DOP 31
DIODOS DE POTENCIA
DO 5
TO 247
B 44
Encapsulados de diodos
Módulos de potencia
Varios dispositivos en un encapsulado común
Alta potencia
Aplicaciones Industriales
DIODOS DE POTENCIA
Se pueden pedir a medida
Motores
Satélites
Curvas características y circuitos equivalentes
i
Curva
característica real
Curva característica
ideal
Curva característica
asintótica
DIODOS DE POTENCIA
pendiente = 1/rd
V
0 V
ideal
Circuito equivalente asintótico
rd
real (asintótico)
V
Parámetros
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:
DIODOS DE POTENCIA
• VD = Tensión en directa
• I = Corriente directa
• IAV= Corriente media directa
• IFM= Corriente máxima en directa
• IFRM = Corriente de pico repetitiva
• IFSM= Corriente directa de sobrecarga
Características fundamentales
• Tensión de ruptura
• Caída de tensión en conducción
• Corriente máxima
• Velocidad de conmutación
DIODOS DE POTENCIA
Tensión de ruptura
Baja tensión
Media tensión
Alta tensión
15 V
100 V
500 V
30 V
150 V
600 V
45 V
200 V
800 V
55 V
400 V
1000 V
60 V
80 V
1200 V
Tensión de codo
i
Curva
característica real
pendiente = 1/rd
DIODOS DE POTENCIA
V
0 V
A mayor tensión de ruptura , mayor caída de tensión en conducción
Señal
VRuptura
VCodo
< 100 V
0,7 V
Potencia
200 – 1000 V
<2V
Alta tensión
10 – 20 kV
>8V
Datos del diodo en corte
DIODOS DE POTENCIA
Tensión inversa VRRM
Repetitive Peak Voltage
La tensión máxima es crítica
Pequeñas sobretensiones pueden romper el dispositivo
DIODOS DE POTENCIA
Datos del diodo en conducción
Corriente directa IF
Forward Current
Corriente directa de pico repetitivo IFRM
Repetitive Peak Forward Current
La corriente máxima se indica suponiendo que el dispositivo está
atornillado a un radiador
Características dinámicas
Indican capacidad de conmutación del diodo
R
a
DIODOS DE POTENCIA
V1
b
V2
i
V1/R
i
+
Transición de “a” a “b”
V
-
t
Comportamiento
dinámicamente ideal
V
-V2
t
Características dinámicas
Transición de “a” a “b”
R
a
DIODOS DE POTENCIA
V1
b
V2
i
+
i
V1/R
trr
V
-
ts = tiempo de almacenamiento
(storage time )
ts
-V2/R
V
tf = tiempo de caída (fall time )
trr = tiempo de recuperación
inversa (reverse recovery time )
-V2
t
tf (i= -0,1·V2/R)
t
Transición de “b” a “a” (encendido)
Características dinámicas
R
a
b
V2
V1
i
+
V
-
i
DIODOS DE POTENCIA
El proceso de encendido es más
rápido que el apagado.
0,9·V1/R
0,1·V1/R
td
tr
tfr
td = tiempo de retraso (delay time )
tr = tiempo de subida (rise time )
tfr = td + tr = tiempo de recuperación directa
(forward recovery time )
DIODOS DE POTENCIA
Características dinámicas
Características Principales
DIODOS DE POTENCIA
Corriente directa
Tensión inversa
Tiempo de recuperación
Caída de tensión
en conducción
Encapsulado
Tiempo de recuperación en inversa
Un diodo de potencia tiene que poder conmutar rápidamente del
estado de corte al estado de conducción.
El tiempo que tarda en conmutar se llama :
TIEMPO DE RECUPERACIÓN EN INVERSA
DIODOS DE POTENCIA
Los diodos se pueden clasificar en función de su tiempo de
recuperación:
Tipos de diodos
Se clasifican en función de la rapidez (trr)
DIODOS DE POTENCIA
VRRM
IF
trr
•
Standard
100 V - 600 V
1 A – 50 A
> 1 s
•
Fast
100 V - 1000 V
1 A – 50 A
100 ns – 500 ns
•
Ultra Fast
200 V - 800 V
1 A – 50 A
20 ns – 100 ns
•
Schottky
15 V - 150 V
1 A – 150 A
< 2 ns
Las características se pueden encontrar en Internet (pdf)
Direcciones web
www.irf.com
www.onsemi.com
www.st.com
www.infineon.com
Aplicaciones:
DIODOS DE GAMA MEDIA:
•Fuentes de alimentación
•Soldadores
DIODOS RÁPIDOS
•Aplicaciones en que la velocidad de conmutación es crítica
DIODOS DE POTENCIA
•Convertidores CD – CA
DIODOS SCHOTTKY
•Fuentes de alimentación de bajo voltaje y alta corriente
•Fuentes de alimentación de baja corriente eficientes