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Captulo 1
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El Diodo Ideal esta representado por:
La caracterstica tensin-corriente es:
Para Vd>0 Rd=0
Para Vd
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La caracterstica Esttica del Diodo Real es: Tal caracterstica es
establecida experimentalmente. En conduccin es representado por una
Fuerza Electromotriz V(TO) asociada a una resistencia en serie
rT.
Tensin mxima de Bloqueo
V>VRRM el diodo se destruye y entra en conduccin
A B
id
+ Vd -
A C
id
+ Vd -
V(TO)rT
Circuito Equivalente en
Conduccin
Id
Vd
VRRM IR
V(TO)
T
1
r
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Datos de un Diodo de Potencia. Diodo SKN20/08
VRRM = 800 V
V(TO) = 0,85 V
rT = 11 m
Idmed
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Perdidas en Conduccin
Cuando el diodo se encuentra en conduccin la potencia disipada
es convertida en calor por:
La expresin es genrica, emplendose para cualquier forma de
onda.
2Dmed T DefTOP V I r I
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inductancia parasita del circuito
Caracterstica Dinmica de los Diodos
E
L1
D L
S
Id IL
iS
Cuando S es cerrado, la corriente del inductor L es transferida
del diodo para S. Este cambio de una rama para otra se llama
CONMUTACIN.
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Caracterstica Dinmica de los Diodos
Inicialmente el interruptor S se encuentra Bloqueado. En la
malla LD circula la corriente IL.
En la conmutacin mostrada el diodo se bloquea.
C: capacidad de recuperacin del diodo
Qrr representa la carga almacenada en C cuando el diodo esta
conduciendo
Durante la conmutacin la corriente IL puede ser considerada
iS+id=IL.
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Caracterstica Dinmica de los Diodos
Luego VS=0 id comienza a decrecer, segn:
Cuando id=0 ocurre la descarga del condensador e id
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Caracterstica Dinmica de los Diodos
E
L1
DL
S
IL
iS
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VD+
IRM Cuando Qrr se anual VD= L1 provoca una sobretesin sobre
el diodo. Esta se puede evitar colocando un circuito RC en
paralelo (Snubber)
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rrrr
d
3 Qt
didt
dRM rr
di4I Q
3 dt
Id
IRM
Qrrt0 t1
t2 t3
tr tri
trr d
1
di E
dt L
E
t
Vpico
IL
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Los diodos de acuerdo a su velocidad de recuperacin son
clasificados en:
Rpidos
Ultra-rpidos
Lentos
Por ejemplo:
Para corrientes hasta 50 A y tensiones de 500 V.
Diodos rpidos tienen trr < 200 ns
Diodos ultra-rpidos tienen trr < 70 ns
Diodos comunes (baja frecuencia) tienen trr > 1 s
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Considerando una limitacin de Corriente
E
L1
D L
S
r
Id
IRM
trr
t
IL
ddi
dt
I RM
RME
Ir
rr RMrr
RM d
Q It 0,63
I di dt
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Sern considerados fenmenos asociados a la entrada en conduccin
de un diodo (cuando es energizado por una fuente de corriente), sea
el circuito:
E C
R
D
id
+
Vd-
S
id
t
ddi
dt
I0
Vd
t
I0
trd
Vd V
dP
RD
t
I0
2V
Retardo para que el diodo entre en conduccin
rd0,1 s t 1,5 s
Variacin de RD explica el retraso y sobretensin
En circuito de baja tensin el diodo introduce un atraso
considerable en la corriente. Solucin es emplear diodos rpidos (Vdp
y trf ).
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Perdidas de Conmutacin
Entrada en conduccin:
En el bloqueo:
Donde:
fc : frecuencia de conmutacin.
E : Tensin aplicada al diodo despus de la conmutacin.
dp d 0 rd c c1
c
0,5 V V I t f f 40 kHzP
despreciables f 40 kHz
2 rrP Q E f
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Uso de Diodos rpidos
Muchas aplicaciones requieren el uso de diodos rpidos, tales
como:
a) Rectificadores de Alta Frecuencia Disminuye las perdidas en
las conmutaciones Disminuye la radio Interferencia
E
L1
D
T
b) Convertidores CC-CC Cuando T entra en conduccin, el diodo D,
inicialmente en conduccin, se bloquea. La corriente de pico reversa
del diodo circula por T. Si el diodo no fuera rpido, tal corriente
puede ser destructiva para el Transistor.
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Diodos
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A C
iT
+ VT -
iG
El Tiristor Ideal esta representado por:
iT
VT1 2
3
Disparo
Bloquea para tensiones positivas y negativas.
En conduccin toma el comportamiento de un Diodo.
Se conoce como Diodo Controlado.
SCR (Silicon Controlled Rectifier)
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Caracterstica Esttica Real de los Tiristores Las tensiones son
limitadas tanto positivas y
negativas.
iT
VTVRM
VAKM
12
3
Curvas 1 y 2 Sin corriente de disparo Curvas 1 y 3 Con corriente
de disparo
Las no-linealidades para el diodo tambin son validas para el
tiristor.
En conduccin el Tiristor se representa por una fuerza
electromotriz con una resistencia en serie.
A C
iT
+ VT -
VT(TO)rT
Cicuito Equivalente en
conduccin
A C
iT
+ VT -
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Perdidas en Conduccin
Cuando el Tiristor se encuentra en conduccin la potencia
disipada es convertida en calor por:
La expresin es genrica, emplendose para cualquier forma de
onda.
Itef y Imed representan los valores de corriente eficaces y
medios que el tiristor conduce.
2Tmed T TefT TOP V I r I
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Caractersticas Dinmicas de los Tiristores
EVG
S
R
RGT
iG
+
VT__
VG
tiG
t
tr
VT
t
90% E
10% IG
IG
10% E
td
ton
Comportamiento del Tiristor en el Disparo. De acuerdo a la
figura el Tiristor se encuentra inicialmente bloqueado.
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El tiempo de retardo ton depende de:
La amplitud de iG. Velocidad de crecimiento de iG.
1 s < ton < 5 s
VG
tiG
t
tr
VT
t
90% E
10% IG
IG
10% E
td
ton
on d rt t t
ton : tiempo de cierre. td : tiempo de retardo. tr : tiempo de
descenso de VT nodo-ctodo
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Curva 1. Disparo lento Curva 2. Disparo rpido
t
1
2iG
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Comportamiento del Tiristor en el Bloqueo.
E1
SR
T iT
E2
L
Inicialmente el interruptor S esta abierto.
El tiristor se encuentra en conduccin.
Pasos Bloqueo 1. S es cerrado VS=0. 2. t1 S es abierto VS= 3. T
esta bloqueado por E1.
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Comportamiento del Tiristor en el Bloqueo.
tq es el tiempo mnimo de aplicacin de tensin reversa.
El tiempo tq es especificado por el fabricante.
iT
IRM
Qrrt0 t1
tq
tinv
t
E2+DV
E1
E2
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Para que el tiristor readquiera el poder de bloqueo es
necesario, luego que la corriente se anule, aplicar una tensin
inversa durante un tiempo superior a tq.
En conmutacin forzada, tq, es un parmetro fundamental.
Cuanto menor tq, mejor el tiristor.
Puede operar con frecuencia de operacin mayor.
Menos perdidas en la conmutacin.
Circuitos auxiliares de conmutacin forzada de menor costo.
El mayor inconveniente es no poder comandar, el bloqueo, por el
gatillo de disparo.
Tiristores rpidos 10 s < ton < 200 s
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La corriente que circula por el dispositivo produce calor
por:
La conduccin
La conmutacin
El calor debe ser transportado al ambiente. Caso contrario la
temperatura de unin (Tj) se eleva sobre los limites permitidos y
provoca falla del componente
Imxd y Pmxd estn limitadas por Tj.
La seleccin del disipador y el clculo de las perdidas de un
componente son de vital importancia.
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Calculo Trmico en Rgimen Permanente.
Rjc Rcd Rda
Tj Tc Td TaP
Tj : temperatura de unin (C) Tc : temperatura de la capsula (C)
Td : temperatura del disipador (C) Ta : temperatura ambiente (C) P
: Potencia trmica producida por la corriente que circula en el
componente y transferida al medio ambiente (W) Rjc : resistencia
trmica entre unin y la capsula (C/W) Rcd : resistencia trmica entre
componente y el disipador (C/W) Rda : resistencia trmica entre el
disipador y el ambiente (C/W) Rja : resistencia trmica entre unin y
ambiente (C/W)
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Calculo Trmico en Rgimen Permanente.
La expresin permite calculado el clculo trmico de un componente
semiconductor. Existe una analoga con un circuito elctrico dado
por:
ja jc cd daR R R R
j a jaT T R P
V1 V2
I
R
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Se realiza el calculo trmico para evitar que la temperatura
mxima de unin alcance valores prximos a la temperatura mxima
permitida.
Procedimiento de clculo
a) P, es calculado a partir de las caractersticas del componente
y de la corriente que circula por semiconductor.
b) Tj, es entregada por el datasheet de el fabricante del
componente.
c) Ta, valor adoptado por el proyectista
d) Con la expresin siguiente se determina la resistencia trmica
total.
e) Con siguiente expresin se determina la resistencia trmica del
disipador.
j a
ja
T TR
P
da ja jc cdR R R R
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Impedancia termica en Rgimen Transitorio
t
P
t
T
Tj
Ta
t0 t
DT
Considrese un diodo en el cual no circula corriente para t
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Impedancia trmica en Rgimen Transitorio
1 2P P P
R
P1
C
P2
P
P
Tj
Ta
2 1 j a
1R P P dt T T T
C D
2 1dP PRdt C
2 2 2 2dP P P dP P PR dt C C dt RC RC
t
RCt
TR 1 e Z
P
D
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Impedancia trmica en Rgimen Transitorio
El valor exacto de Zt es estregado por el fabricante
La impedancia trmica es muy importante cuando el componente
trabaja con corrientes impulsivas (gran intensidad de corriente y
corta duracin)
La impedancia trmica es anloga a la impedancia elctrica.
