Diodo De Potencia

CAPÍTULO 2 - DIODO DE POTÊNCIA :

2.1 - CARACTERÍSTICAS DO DIODO :

O diodo de potência tem uma importância muito grande em circuitos eletrônicos de

potência. Ele pode ser utilizado em retificadores ( conversor CA/CC ), como diodo de

retorno ( freewheeling diode - transferência de energia ), isolador de tensão, etc.

Em algumas análises, o diodo pode ser assumido como uma chave ideal mas,

sempre observando que este componente tem algumas limitações.

O diodo de potência tem configuração similar ao diodo de sinal, sendo que opera

em uma faixa de potência bem maior que o diodo de sinal. Na formação deste diodo, são

utilizados três processos de dopagem no mesmo componente. Inicialmente há uma forte

dopagem da região nque forma o catodo do diodo; uma dopagem, de menor intensidade,

forma uma camada intermediária responsável pela barreira de potencial do diodo. A

terceira dopogem que utiliza o processo de difusão, tem a função de formar o anodo do

diodo ( região p).

A área do anodo varia de acordo com o valor de corrente que este deverá suportar.

Para diodos que suportam milhares de ampères, a área pode ter vários cm

2

.

A velocidade de chaveamento é menor, no diodo de potência, quando comparado

com o de sinal.

p

n

A

K

A

K

(a) (b) (c)

Figura 1.7 : a) estrutura; b) símbolo; c) característica VxI do diodo

A característica VxI do diodo pode ser representada pela expressão :

() IIe DSVVDT =−.

/η

1

(1.1.)

I

V

Vr

Vk

2

onde :

ID ⇒ corrente através do diodo

VD ⇒ tensão sobre o diodo

IS ⇒ corrente de fuga ( 10

-15

A ≤IS ≤10

-6

A )

η η⇒⇒ coeficiente de emissão ( 1 a 2 ) : depende do tipo de material de que é

construído o diodo

VT ⇒constante de tensão térmica

VT= k.T temperatura absoluta

constante de Boltzmann = 1,3806x10

-23

J/K

VT

( 25° C ) ≅25,8mV

2.1.1 - CARACTERÍSTICA DE RECUPERAÇÃO REVERSA :

A corrente em uma polarização direta do diodo é devido ao efeito de portadores

majoritários e minoritários. Quando o diodo está conduzindo e sua corrente direta é levada

à zero (comutação natural ou forçada ), o diodo continuará conduzindo devido aos

portadores minoritários que permanecem armazenados na junção pn e no corpo do diodo .

Estes portadores necessitam de um certo tempo para se recombinarem com cargas opostas

e se neutralizarem. Este tempo é chamado de tempo de recuperação reversa ( trr ) do

diodo.

Na figura 1.8 é mostrada a característica de recuperação reversa para uma diodo. O

tempo trr é medido à partir do instante em que a corrente pelo diodo passa por zero, até o

instante em que a corrente no diodo é de 25% do máximo valor ( pico ) da corrente

reversa Irr.

O tempo trr é composto de duas componentes ta e tb. ta é devido às cargas

armazenadas na região de depleção do diodo e, tb é devido às cargas armazenadas no corpo

do diodo. A razão tb/ta fornece o fator de amortecimento ( softness factor SF ). Assim :

trr ta tb =+ (1.2.)

A corrente reversa de pico do diodo é expressa por :

Irr ta

di

dt

= . (1.3.)

3

Figura 1.8

O tempo trr depende da temperatura da junção do diodo, da taxa de descida da

corrente direta e da corrente direta imediatamente antes da comutação.

A carga de recuperação reversa Qrr, é a soma das cargas portadoras que fluem

através do diodo, na direção contrária devido a mudança da polarização do diodo. Este

valor de Qrr é determinado por :

Qrr Irr ta Irr tb Irr trr =+= 1

2

1

2

1

2

. . . . . . (1.4.)

ou :

Irr

Qrr

trr

=