Conexões e Perdas em Diodos: Análise de Diodos em Série

Eletrônica de potência Prof Thiago Paula Silva de Azevedo thiagoazevedocruzeirodosuledubr 2022 Conexões e perdas nos diodos 2 Diodos conectados em série Em muitas aplicações de alta tensão por exemplo linhas de transmissão de corrente contínua em alta tensão do inglês high voltage direct current HVDC um único diodo disponível comercialmente pode não suportar a tensão necessária e diodos são conectados em série para aumentar a capacidade de bloqueio reverso Consideremos dois diodos conectados em série como mostra a Figura 210a As variáveis iD e vD são a corrente e a tensão respectivamente no sentido direto VD1 e VD2 são as tensões reversas dos diodos D1 e D2 respectivamente Na prática as características vi para diodos do mesmo tipo diferem por causa das tolerâncias no processo de fabricação Conexões e perdas nos diodos 3 Diodos conectados em série A Figura 210b apresenta duas curvas características v i para tais diodos Na condição de polarização direta ambos os diodos conduzem a mesma quantidade de corrente No entanto na condição de bloqueio reverso cada diodo precisa conduzir a mesma corrente de fuga e consequentemente as tensões de bloqueio podem diferir significativamente Uma solução simples para esse problema consiste em conectar um resistor em paralelo com cada diodo fazendo a divisão de tensão ocorrer de forma equilibrada como mostra a Figura 211a Por causa da divisão igual de tensão a corrente de fuga de cada diodo é diferente como representado na Figura 211b Como a corrente de fuga total precisa ser compartilhada por um diodo e seu resistor Conexões e perdas nos diodos 4 Diodos conectados em série Conexões e perdas nos diodos 5 Diodos conectados em série Conexões e perdas nos diodos 6 Diodos conectados em série O equacionamento das correntes será então No entanto IR1 VD1R1 e IR2 VD2R2 VD1R2 A Equação abaixo fornece a relação entre R1 e R2 para a divisão igual de tensão como Se as resistências são iguais então R R1 R2 e as tensões dos dois diodos seriam ligeiramente diferentes dependendo das diferenças das duas características vi Os valores de VD1 e VD2 podem ser determinados a partir das equações abaixo Conexões e perdas nos diodos 7 Diodos conectados em série A divisão de tensão em condições transitórias por exemplo por causa do chaveamento de cargas ou da aplicação inicial da tensão de entrada é obtida pela conexão de capacitores em cada diodo como mostrado na Figura 212 Rs limita a taxa de crescimento da tensão de bloqueio Conexões e perdas nos diodos 8 Diodos conectados em paralelo Se a corrente de carga for maior que a corrente nominal de um único diodo então dois ou mais diodos podem ser ligados em paralelo com o objetivo de se conseguir uma corrente nominal direta mais alta Esses diodos porém não compartilham a mesma corrente por conta das características diferentes de polarização direta O diodo com queda de tensão direta mais baixa tenderá a conduzir uma corrente mais alta e poderá sofrer superaquecimento A figura 217 mostra as características I V de polarização direta dos dois diodos Se ambos forem ligados em paralelo a uma determinada tensão uma corrente diferente fluirá em cada um deles O fluxo total de corrente é a soma ID1 e ID2 Acorrente nominal do par não é a soma das correntes nominais máximas de cada um mas um valor que pode ser maior do que o nominal dos dois diodos isoladamente Conexões e perdas nos diodos 9 Diodos conectados em paralelo Conexões e perdas nos diodos 10 Diodos conectados em paralelo Diodos em paralelo podem ser forçados a compartilhar a mesma corrente quando um resistor muito pequeno é ligado em série com cada um deles Na figura 218 o resistor R de compartilhamento de corrente estabelece valores de ID1 e ID2 quase iguais Embora o compartilhamento de corrente seja bastante eficaz a perda de potência nos resistores é muito grande Além disso o artifício provoca um aumento na tensão nos terminais da combinação dos diodos A menos que o uso de um arranjo em paralelo se torne absolutamente necessário é melhor utilizar um dispositivo com um valor nominal adequado de corrente Conexões e perdas nos diodos 11 Diodos conectados em paralelo Conexões e perdas nos diodos 12 Diodos conectados em paralelo O valor do resistor de compartilhamento de corrente pode ser obtido como segue Conexões e perdas nos diodos 13 Perdas no diodo A perda total em um diodo é a soma das perdas no estado ligado no estado desligado e no chaveamento Conexões e perdas nos diodos 14 Principais características nominais de diodos Tensão de pico inversa O valor nominal da tensão de pico inversa peak inverse voltage é a tensão inversa máxima que pode ser ligada nos terminais do diodo sem ruptura Se for excedido a tensão de pico inversa nominal o diodo começa a conduzir na direção inversa e pode ser danificado no mesmo instante Os valores nominais dessa tensão vão de dezenas a milhares de volts dependendo do tipo de diodo Os valores nominais da tensão de pico inversa também são denominados de tensão de pico reversa peak reverse voltage ou tensão de ruptura breakdown voltage Conexões e perdas nos diodos 15 Principais características nominais de diodos Corrente direta média máxima Iavgmáx A corrente direta média máxima é a corrente máxima que um diodo pode suportar quando estiver diretamente polarizado Diodos de potência estão disponíveis com valores nominais que vão de alguns poucos ampéres à centenas Se a utilização de um diodo deve atender a critérios econômicos é preciso operálo perto de seu valor de corrente direta máxima Temperatura máxima da junção Tj Esse parâmetro define a temperatura máxima que o diodo pode suportar na junção sem apresentar defeito As temperaturas nominais de diodos de silício estão normalmente na faixa de 40C a 200C A operação em temperaturas mais baixas costuma resultar em um desempenho melhor Conexões e perdas nos diodos 16 Principais características nominais de diodos Corrente máxima de surto O valor nominal da corrente direta máxima de surto IFSM é a corrente máxima que o diodo pode suportar durante um transitório ou diante de um defeito no circuito Tempo de recuperação reverso O tempo de recuperação reverso é significativo em aplicações de chaveamento de alta velocidade Um diodo real não passa em um único instante do estado de condução para o de não condução Nesse momento uma corrente inversa flui por um breve período e o diodo não desliga até que a corrente inversa caia a zero como ilustrado na figura O intervalo durante o qual a corrente reversa flui é denominado de tempo de recuperação reverso Conexões e perdas nos diodos 17 Principais características nominais de diodos Tempo de recuperação reverso 18 OBRIGADO Prof Thiago Paula Silva de Azevedo thiagoazevedocruzeirodosuledubr