Introdução ao Estudo de Diodos em Eletrônica de Potência

Eletrônica de potência Prof Thiago Paula Silva de Azevedo thiagoazevedocruzeirodosuledubr 2022 Introdução ao estudo de diodos 2 Os diodos de potência podem ser classificados em três categorias 1 Diodospadrão ou de uso geral 2 Diodos de recuperação rápida 3 Diodos Schottky Várias configurações de diodos de uso geral Introdução ao estudo de diodos 3 Os diodos de uso geral estão disponíveis até 6000 V 4500 A e os de recuperação rápida até 6000 V 1100 A O tempo de recuperação reversa varia entre 01 μs e 5 μs Os diodos de recuperação rápida são essenciais para o chaveamento em alta frequência dos conversores de potência Os diodos Schottky têm uma baixa tensão de condução e um tempo de recuperação muito pequeno geralmente em nanossegundos A corrente de fuga aumenta com a faixa de tensão e seus valores nominais estão limitados a 100 V 300 A Um diodo conduz quando sua tensão de anodo é maior do que a de catodo e a queda da tensão direta de um diodo de potência é muito baixa em geral de 05 a 12 V Introdução ao estudo de diodos 4 1 Diodospadrão ou de uso geral Os diodos de uso geral têm tempo de recuperação relativamente elevado normalmente de 25 μs e são utilizados em aplicações de baixa velocidade nas quais o tempo de recuperação não é crítico por exemplo retificadores e conversores para aplicações de baixa frequência de entrada de até 1 kHz e conversores comutados pela rede Eles cobrem faixas de corrente de menos de 1 A a vários milhares de ampères com faixas de tensão de 50 V até cerca de 5 kV Esses diodos são geralmente fabricados por difusão Entretanto os tipos de diodo de junção fundida que são utilizados em fontes de alimentação de máquinas de solda são mais baratos e resistentes e suas especificações podem ir até 1500 V 400 A Introdução ao estudo de diodos 5 2 Diodos de recuperação rápida Os diodos de recuperação rápida têm um tempo de recuperação baixo normalmente inferior a 5 μs Eles são usados em circuitos conversores CCCC e CCCA em que a velocidade de recuperação é muitas vezes fundamental Esses diodos cobrem faixas de tensão de 50 V até cerca de 3 kV e de menos de 1 A até centenas de ampères Introdução ao estudo de diodos 6 3 Diodos Schottky O problema do armazenamento de carga em uma junção pn pode ser eliminado ou minimizado em um diodo Schottky Isso é obtido fazendo se uma barreira de potencial com um contato entre um metal e um semicondutor Uma camada de metal é depositada em uma fina camada epitaxial de silício do tipo n A barreira de potencial simula o comportamento de uma junção pn A ação retificadora depende apenas dos portadores majoritários e em função disso não há portadores minoritários em excesso para recombinar O efeito de recuperação é decorrente exclusivamente da capacitância da junção semicondutora Introdução ao estudo de diodos 7 3 Diodos Schottky A carga recuperada de um diodo Schottky é muito menor do que a de um diodo equivalente de junção pn Pelo fato de ser decorrente apenas da capacitância da junção ela é em grande parte independente da didt reversa Um diodo Schottky tem uma queda de tensão direta relativamente baixa A corrente de fuga de um diodo Schottky é maior do que a de um diodo de junção pn Um diodo Schottky com uma tensão de condução relativamente baixa tem corrente de fuga um pouco alta e viceversa Em função disso a tensão máxima do diodo está em geral limitada a 100 V As faixas de correntes dos diodos Schottky variam de 1 a 400 A Os diodos Schottky são ideais para fontes de alimentação de alta corrente e baixa tensão Entretanto esses diodos também são utilizados em fontes de alimentação de baixa corrente para aumentar a sua eficiência Introdução ao estudo de diodos 8 3 Diodos Schottky Introdução ao estudo de diodos 9 Diodos de carbeto de silício O carbeto de silício SiC é um novo material para a eletrônica de potência Suas propriedades físicas superam as do Si e as do GaAs Por exemplo os diodos Schottky SiC fabricados pela Infineon Technologies têm perdas de potência ultrabaixas e alta confiabilidade Eles também têm as seguintes características não possuem tempo de recuperação reversa apresentam chaveamento ultrarrápido a temperatura não influi no chaveamento Introdução ao estudo de diodos 10 Diodo semicondutor de junção unijunção Introdução ao estudo de diodos 11 Símbolo do diodo de unijunção Introdução ao estudo de diodos 12 Curva característica de um diodo unijunção Análise dos modelos de diodos 13 Modelo 1 Diodo ideal Consiste em representar o diodo por uma chave fechada curtocircuito quando polarizado diretamente e por um circuito aberto quando polarizado inversamente Análise dos modelos de diodos 14 Modelo 1 Diodo ideal Exemplo VƔ 08𝑉 Análise dos modelos de diodos 15 Modelo 1 Diodo ideal Existe alguma limitação no uso desse modelo Essa forma de representar um diodo pode sempre ser usada VƔ 08𝑉 Exemplo Em vez de 100 V a bateria utilizada será de 15 V Análise dos modelos de diodos 16 Modelo 2 Diodo fonte Se a tensão aplicada no diodo for menor que VƔ ele se comportará como uma chave aberta Análise dos modelos de diodos 17 Modelo 3 Diodo fonte resistência Podese obter maior precisão levandose em conta a resistência de corpo do diodo Análise dos modelos de diodos 18 Modelo 3 Diodo fonte resistência Análise dos modelos de diodos 19 Modelo 3 Diodo fonte resistência Análise dos modelos de diodos 20 Modelo 3 Diodo fonte resistência Em diodos de potência a VƔ é em torno de 1 a 2V Análise dos modelos de diodos 21 Reta de carga Reta de carga é um recurso gráfico usado para obter os valores limites e os valores de operação do diodo Análise dos modelos de diodos 22 Ponto de Saturação esse ponto é chamado de ponto de saturação pois é o máximo valor que a corrente pode assumir UD 0 V I U R adotase diodo ideal Ponto de Corte esse ponto é chamado corte pois representa a menor corrente possível no circuito I 0 A UD U Análise dos modelos de diodos 23 Reta de carga x Curva do diodo Sobrepondo esta curva com a curva do diodo temse U R ID UD IDQ U UDR U 2 V R 100 Ohms UD 078 V IDQ Análise dos modelos de diodos 24 Diodos em circuitos CA Retificador de meia onda Análise dos modelos de diodos 25 Diodos em circuitos CA Retificador de meia onda Exemplo 1 Para o circuito abaixo determine a corrente do diodo ID a tensão do diodo VD e a tensão no resistor VR adotando diodo modelo Ideal Análise dos modelos de diodos 26 Diodos em circuitos CA Retificador de meia onda Análise dos modelos de diodos 27 Diodos em circuitos CA Retificador de meia onda Exemplo 2 Para o circuito abaixo determine a corrente do diodo ID a tensão do diodo VD e a tensão no resistor VR adotando diodo modelo Ideal Análise dos modelos de diodos 28 Diodos em circuitos CA Retificador de meia onda 29 OBRIGADO Prof Thiago Paula Silva de Azevedo thiagoazevedocruzeirodosuledubr