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