El Diodo de potencia El MOSFET de potencia El Transistor Bipolar de Puerta Aislada (IGBT) El Rectificador Controlado de Silicio (SCR) El Tiristor Apagado por Puerta (GTO) El Triodo de Corriente Alterna (TRIAC) Dispositivos a estudiar Nuevos para vosotros
Encapsulados de diodos DIODOS DE POTENCIA Axiales (Gp:) DO 35 (Gp:) DO 41 (Gp:) DO 15 (Gp:) DO 201
Encapsulados de diodos DIODOS DE POTENCIA Para usar radiadores
Encapsulados de diodos DIODOS DE POTENCIA Para grandes potencias (Gp:) B 44 (Gp:) DO 5
Encapsulados de diodos DIODOS DE POTENCIA Agrupaciones de 2 diodos (Gp:) 2 diodos en cátodo común (Gp:) 2 diodos en serie
Encapsulados de diodos DIODOS DE POTENCIA Agrupaciones de 2 diodos (con varias conexiones)
Encapsulados de diodos DIODOS DE POTENCIA Agrupaciones de 2 diodos (sin conectar) (Gp:) Nombre del dispositivo
Encapsulados de diodos DIODOS DE POTENCIA Agrupaciones de 2 diodos. Diversos encapsulados para el mismo dispositivo (Gp:) Nombre del dispositivo (Gp:) Encapsulados
Encapsulados de diodos DIODOS DE POTENCIA Agrupaciones de 4 diodos (puentes de diodos) (Gp:) Dual in line
Encapsulados de diodos DIODOS DE POTENCIA Agrupaciones de 4 diodos (puentes de diodos)
Encapsulados de diodos DIODOS DE POTENCIA Puentes de diodos. Toda la gama de Fagor
Encapsulados mixtos de diodos y otros dispositivos DIODOS DE POTENCIA Dan origen a módulos de potencia – Adecuados para alta potencia y relativa alta frecuencia – Minimizan las inductancias parásitas del conexionado – Se usan en aplicaciones industriales, espaciales, militares, etc – Se pueden pedir a medida (Gp:) Control de Motores (Gp:) Electrónica militar
Circuito equivalente estático (Gp:) V? (Gp:) rd (Gp:) Modelo asintótico (Gp:) ideal (Gp:) 0 (Gp:) i (Gp:) V (Gp:) V? Circuito equivalente asintótico (Gp:) Curva característica asintótica. Pendiente = 1/rd (Gp:) Curva característica ideal DIODOS DE POTENCIA (Gp:) Curva característica real
DIODOS DE POTENCIA Características fundamentales de cualquier diodo 1ª -Máxima tensión inversa soportada 2ª -Máxima corriente directa conducida 3ª -Caída de tensión en conducción 4ª -Corriente de inversa en bloqueo 5ª –Velocidad de conmutación (Gp:) Baja tensión (Gp:) 15 V 30 V 45 V 55 V 60 V 80 V (Gp:) Alta tensión (Gp:) 500 V 600 V 800 V 1000 V 1200 V 1ª Máxima tensión inversa soportada (Gp:) Media tensión (Gp:) 100 V 150 V 200 V 400 V (Gp:) Ejemplo de clasificación Corresponde a la tensión de ruptura de la unión inversamente polarizada
DIODOS DE POTENCIA 1ª Máxima tensión inversa soportada El fabricante suministra (a veces) dos valores: – Tensión inversa máxima de pico repetitivo VRRM – Tensión inversa máxima de pico no repetitivo VRSM La tensión máxima es crítica. Superarla suele ser determinante del deterioro irreversible del componente
DIODOS DE POTENCIA 2ª Máxima corriente directa conducida El fabricante suministra dos (y a veces tres) valores: – Corriente eficaz máxima IF(RMS) – Corriente directa máxima de pico repetitivo IFRM – Corriente directa máxima de pico no repetitivo IFSM Depende de la cápsula
DIODOS DE POTENCIA La caída de tensión en conducción (obviamente) crece con la corriente directa conducida. A corrientes altas crece linealmente 3ª Caída de tensión en conducción (Gp:) i (Gp:) V (Gp:) V? (Gp:) rd (Gp:) ideal (Gp:) ID (Gp:) VD (Gp:) 5 A
DIODOS DE POTENCIA 3ª Caída de tensión en conducción La caída de tensión en conducción crece con la máxima tensión soportable por el diodo
DIODOS DE POTENCIA 3ª Caída de tensión en conducción Se obtiene directamente de las curvas tensión corriente IF(AV) = 4A, VRRM = 200V IF(AV) = 5A, VRRM = 1200V 1,25V @ 25A 2,2V @ 25A En escala lineal no son muy útiles Frecuentemente se representan en escala logarítmica
DIODOS DE POTENCIA 3ª Caída de tensión en conducción Curva característica en escala logarítmica 0,84V @ 20A 1,6V @ 20A IF(AV) = 25A, VRRM = 200V IF(AV) = 22A, VRRM = 600V
DIODOS DE POTENCIA 3ª Caída de tensión en conducción Los Schottky tienen mejor comportamiento en conducción para VRRM < 200 (en silicio) 0,5V @ 10A
DIODOS DE POTENCIA 3ª Caída de tensión en conducción Schottky de VRRM relativamente alta 0,69V @ 10A La caída de tensión en conducción no sólo va creciendo al aumentar VRRM, sino que se aproxima a la de un diodo PN
DIODOS DE POTENCIA 3ª Caída de tensión en conducción (Gp:) Schottky (Gp:) Schottky (Gp:) PN (Gp:) Similares valores de VRRM y similares caídas de tensión en conducción
Depende de los valores de IF(AV) y VRRM, de la tensión inversa (poco) y de la temperatura (mucho) Algunos ejemplos de diodos PN DIODOS DE POTENCIA 4ª Corriente de inversa en bloqueo (Gp:) IF(AV) = 4A, VRRM = 200V (Gp:) IF(AV) = 5A, VRRM = 1200V (Gp:) IF(AV) = 8A, VRRM = 200V Crece con IF(AV) Crece con Tj
DIODOS DE POTENCIA 4ª Corriente de inversa en bloqueo (Gp:) IF(AV) = 10A, VRRM = 170V (Gp:) IF(AV) = 10A, VRRM = 40V Dos ejemplos de diodos Schottky Decrece con VRRM Crece con IF(AV) Crece con Tj
Transición de “a” a “b”, es decir, de conducción a bloqueo (apagado) (Gp:) a (Gp:) b (Gp:) V1 (Gp:) V2 (Gp:) R (Gp:) i (Gp:) V (Gp:) + (Gp:) – (Gp:) i (Gp:) V (Gp:) t (Gp:) t (Gp:) V1/R (Gp:) -V2 DIODOS DE POTENCIA 5ª Velocidad de conmutación Comportamiento ideal de un diodo en conmutación
(Gp:) a (Gp:) b (Gp:) V1 (Gp:) V2 (Gp:) R (Gp:) i (Gp:) V (Gp:) + (Gp:) – Transición de “a” a “b”, es decir, de conducción a bloqueo (apagado) (Gp:) i (Gp:) V (Gp:) t (Gp:) t (Gp:) trr (Gp:) V1/R (Gp:) -V2/R (Gp:) ts (Gp:) tf (i= -0,1·V2/R) (Gp:) -V2 ts = tiempo de almacenamiento (storage time ) tf = tiempo de caída (fall time ) trr = tiempo de recuperación inversa (reverse recovery time ) DIODOS DE POTENCIA 5ª Velocidad de conmutación Comportamiento real de un diodo en conmutación
(Gp:) a (Gp:) b (Gp:) V1 (Gp:) V2 (Gp:) R (Gp:) i (Gp:) V (Gp:) + (Gp:) – (Gp:) i td = tiempo de retraso (delay time ) tr = tiempo de subida (rise time ) tfr = td + tr = tiempo de recuperación directa (forward recovery time ) (Gp:) tr (Gp:) 0,9·V1/R (Gp:) td (Gp:) 0,1·V1/R (Gp:) tfr El tiempo de recuperación directa genera menos problemas reales que el de recuperación inversa DIODOS DE POTENCIA Transición de “b” a “a”, es decir, de bloqueo conducción (encendido) Comportamiento real de un diodo en conmutación 5ª Velocidad de conmutación
DIODOS DE POTENCIA 5ª Velocidad de conmutación (Gp:) IF(AV) = 8A, VRRM = 200V Información suministrada por los fabricantes Corresponde a conmutaciones con cargas con comportamiento inductivo
DIODOS DE POTENCIA 5ª Velocidad de conmutación Más información suministrada por los fabricantes STTA506D
DIODOS DE POTENCIA 5ª Velocidad de conmutación La velocidad de conmutación (valorada con la trr) ayuda a clasificar los diodos Las características de todos los semiconductores (por supuesto, también de los diodos) se pueden encontrar en Internet (pdf) (Gp:) www.irf.com www.onsemi.com www.st.com www.infineon.com (Gp:) Direcciones web (Gp:) Standard Fast Ultra Fast Schottky (Gp:) VRRM (Gp:) trr (Gp:) IF (Gp:) 100 V – 600 V (Gp:) 100 V – 1000 V (Gp:) 200 V – 800 V (Gp:) 15 V – 150 V (Si) 300 V – 1200 V (SiC) (Gp:) > 1 ?s (Gp:) 100 ns – 500 ns (Gp:) 20 ns – 100 ns (Gp:) < 2 ns (Gp:) 1 A – 150 A (Gp:) 1 A – 50 A (Gp:) 1 A – 50 A (Gp:) 1 A – 50 A (Gp:) < 2 ns (Gp:) 1 A – 20 A
DIODOS DE POTENCIA Pérdidas en diodos Son de dos tipos: – Estáticas en conducción (en bloqueo son despreciables) – Dinámicas (Gp:) V? (Gp:) rd (Gp:) ideal (Gp:) iD Potencia instantánea perdida en conducción: pDcond (t) = vD (t)·iD (t) = (V? + rd · iD(t)) · iD(t) PDcond = V?·IM + rd · Ief2 IM : Valor medio de iD(t) Ief : Valor eficaz de iD(t) Pérdidas estáticas en un diodo (Gp:) iD (Gp:) Forma de onda frecuente (Gp:) Potencia media en un periodo: Þ
(Gp:) tf DIODOS DE POTENCIA Las conmutaciones no son perfectas Hay instantes en los que conviven tensión y corriente La mayor parte de las pérdidas se producen en la salida de conducción (Gp:) iD (Gp:) t (Gp:) VD (Gp:) t Pérdidas dinámicas (pérdidas de conmutación) en un diodo (Gp:) 0,8 V (Gp:) -200 V (Gp:) 10 A (Gp:) 3 A Potencia instantánea perdida en la salida de conducción: pDsc (t) = vD (t)·iD (t) (Gp:) Potencia media en un periodo:
DIODOS DE POTENCIA Estáticas Información de los fabricantes sobre pérdidas (Gp:) (de las hojas de características (Datasheet) del diodo STTA506)
DIODOS DE POTENCIA Dinámicas Información de los fabricantes sobre pérdidas (Gp:) (de las hojas de características (Datasheet) del diodo STTA506)
DIODOS DE POTENCIA Dinámicas Información de los fabricantes sobre pérdidas (Gp:) (de las hojas de características (Datasheet) del diodo STTA506)
DIODOS DE POTENCIA Características Térmicas Las pérdidas generan calor y éste debe ser evacuado El silicio pierde sus propiedades semiconductoras a partir de 175-150ºC (Gp:) Si (Gp:) j (Gp:) Unión (oblea) (Gp:) c (Gp:) Encapsulado (Gp:) a (Gp:) Ambiente (Gp:) P (W) Magnitudes térmicas: – Resistencias térmicas, RTH en ºC/W – Increm. de temperaturas, ?T en ºC – Potencia perdida, P en W Ley “de Ohm” térmica: ?T=P·RTH (Gp:) RTHjc (Gp:) RTHca Magnitudes eléctricas: – Resistencias eléctricas, R en O – Difer. de tensiones, V en voltios – Corriente, I en A RTH Þ R ?T Þ V P Þ I (Gp:) Equivalente eléctrico
DIODOS DE POTENCIA Características Térmicas (Gp:) Ambiente (Gp:) Si (Gp:) j (Gp:) Unión (Gp:) c (Gp:) Encapsulado (Gp:) a (Gp:) P (W) (Gp:) RTHjc (Gp:) RTHca (Gp:) RTH Þ R ?T Þ V P Þ I (Gp:) Equivalente eléctrico (Gp:) P (Gp:) RTHjc (Gp:) RTHca (Gp:) Ta (Gp:) j (Gp:) c (Gp:) a (Gp:) 0 K (Gp:) TC (Gp:) TJ Por tanto: ?T = P·SRTH Þ Tj-Ta = P·(RTHjc + RTHca) Y también: Tj-TC = P·RTHjc y Tc-Ta = P·RTHca
DIODOS DE POTENCIA Características Térmicas La resistencia térmica unión-cápsula es baja (? 0,5-5 ºC/W) La resistencia térmica cápsula-ambiente es alta (? 30-100 ºC/W) Para reducir la temperatura de la unión hay que disminuir la resistencia térmica entre la cápsula y el ambiente. Para ello se coloca un radiador en la cápsula. (Gp:) IF(AV) = 5A, VRRM = 1200V
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