LA ELECTRÓNICA DE POTENCIA

Definición: La electrónica de potencia es aquella parte de la electrónica que enlaza la electricidad con la electrónica. Ejemplos: - Encendido electrónico de un vehículo Encendido de una televisión Elevalunas eléctrico

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

+ - Curva característica i [mA] V [V] i [A] V [Volt.] (exponencial) V A (ánodo) 1 VD i [mA] V [V] (exponencial) K (cátodo) DIODOS DE POTENCIA -40 -2 i [A] V [Volt.]

+ - i Concepto de diodo ideal i Ánodo V curva característica Cátodo V En polarización directa, la caída de tensión es nula, sea cual sea el valor de la corriente directa conducida i V i Ánodo + DIODOS DE POTENCIA V curva característica Cátodo - En polarización inversa, la corriente conducida es nula, sea cual sea el valor de la tensión inversa aplicada

Contacto metal-semiconductor El diodo semiconductor Terminal P N Ánodo Ánodo Encapsulado (cristal o resina sintética) Contacto metal-semiconductor DIODOS DE POTENCIA Oblea de semiconductor Contacto metal-semiconductor Marca señalando el cátodo Cátodo Cátodo

Encapsulados de diodos Axiales 1N4148 (Si) DO 201 1N4007 (Si) DIODOS DE POTENCIA DO 204

+ ~ - ~ + Agrupación de diodos semiconductores B380 C3700 BYT16P-300A 2 diodos en cátodo común BYT16P-300A (Si) + ~ - ~ + Puente de diodos B380 C1500 (Si) B380 C3700 Anillo de diodos HSMS2827 (Schottky Si) DIODOS DE POTENCIA

Encapsulados de diodos TO 220 AC DOP 31 DIODOS DE POTENCIA DO 5 TO 247 B 44

Encapsulados de diodos Módulos de potencia Varios dispositivos en un encapsulado común Alta potencia Aplicaciones Industriales Se pueden pedir a medida DIODOS DE POTENCIA Motores Satélites

rd V i V V Curvas características y circuitos equivalentes i V Curva característica ideal Curva característica real Curva característica asintótica V pendiente = 1/rd DIODOS DE POTENCIA ideal Circuito equivalente asintótico rd V real (asintótico)

Parámetros en inversa: Parámetros en directa: 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 DIODOS DE POTENCIA

DIODOS DE POTENCIA Características fundamentales Tensión de ruptura Caída de tensión en conducción Corriente máxima Velocidad de conmutación Tensión de ruptura DIODOS DE POTENCIA 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

Curva característica real Tensión de codo i V Curva característica real pendiente = 1/rd DIODOS DE POTENCIA V A mayor tensión de ruptura , mayor caída de tensión en conducción Señal Potencia Alta tensión VRuptura < 100 V 200 – 1000 V 10 – 20 kV VCodo 0,7 V < 2 V > 8 V

DIODOS DE POTENCIA Datos del diodo en corte Tensión inversa VRRM Repetitive Peak Voltage DIODOS DE POTENCIA La tensión máxima es crítica Pequeñas sobretensiones pueden romper el dispositivo

DIODOS DE POTENCIA Datos del diodo en conducción Corriente directa IF Forward Current Corriente directa de pico repetitivo IFRM Repetitive Peak Forward Current DIODOS DE POTENCIA La corriente máxima se indica suponiendo que el dispositivo está atornillado a un radiador

R i a b + V2 V V1 - i t V V1/R -V2 Transición de “a” a “b” Características dinámicas Indican capacidad de conmutación del diodo a b V1 V2 R i V + - Transición de “a” a “b” DIODOS DE POTENCIA i V t V1/R -V2 Comportamiento dinámicamente ideal

R i i a b + V2 t V V1 - V trr V1/R ts tf (i= -0,1·V2/R) -V2/R -V2 Características dinámicas Transición de “a” a “b” a b V1 V2 R i V + - i V t V1/R -V2/R ts -V2 trr tf (i= -0,1·V2/R) DIODOS DE POTENCIA ts = tiempo de almacenamiento (storage time ) tf = tiempo de caída (fall time ) trr = tiempo de recuperación inversa (reverse recovery time )

R i a b + V2 V V1 - i td tr tfr DIODOS DE POTENCIA 0,9·V1/R 0,1·V1/R Características dinámicas Transición de “b” a “a” (encendido) El proceso de encendido es más rápido que el apagado. a b V1 V2 R i V + - i DIODOS DE POTENCIA tr 0,9·V1/R td 0,1·V1/R tfr td = tiempo de retraso (delay time ) tr = tiempo de subida (rise time ) tfr = td + tr = tiempo de recuperación directa (forward recovery time )

Características dinámicas DIODOS DE POTENCIA

Características Principales Corriente directa Tensión inversa Tiempo de recuperación Caída de tensión en conducción DIODOS DE POTENCIA Encapsulado

DIODOS DE POTENCIA Tiempo de recuperación en inversa 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: DIODOS DE POTENCIA

Las características se pueden encontrar en Internet (pdf) Tipos de diodos Se clasifican en función de la rapidez (trr) VRRM IF trr Standard Fast Ultra Fast Schottky 100 V - 600 V 1 A – 50 A > 1 s 100 V - 1000 V 1 A – 50 A 100 ns – 500 ns 200 V - 800 V 1 A – 50 A 20 ns – 100 ns DIODOS DE POTENCIA 15 V - 150 V 1 A – 150 A < 2 ns Las características se pueden encontrar en Internet (pdf) Direcciones web www.irf.com www.onsemi.com www.st.com www.infineon.com

Aplicaciones: DIODOS DE POTENCIA 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 DIODOS DE POTENCIA