diodos de potencia, Notas de estudo de Cultura
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diodos de potencia, Notas de estudo de Cultura

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Prof. Matheus Ribeiro

DIODOS DE POTÊNCIA

DIODOS DE POTÊNCIA

Similar, em função, ao diodo de junção PN, porém com capacidade de conduzir potência (tensão e corrente) elevada. São utilizados, principalmente, nos conversores AC-DC (retificadores).

Quando inversamente polarizado, uma pequena corrente de fuga flui pelo diodo. Se a tensão reversa for muito alta, o diodo passa a conduzir reversamente com elevação repentina da corrente.

Tensão-joelho

Quando diretamente polarizado, o diodo conduz. Ao passar pela tensão-joelho, qualquer acréscimo de tensão representa um grande acréscimo de corrente, sendo limitada apenas se houver um resistor série junto ao diodo.

DIODOS DE POTÊNCIA

Quando polarizado diretamente, não há tensão sobre o diodo. Quando inversamente polarizado, não há corrente de fuga. A transição do estado ligado para o estado desligado é instantânea.

Sem a junção PN. Uma fina camada de metal (cromo, platina, tungstênio) é interfaceada com o semicondutor ‘N’. Dessa forma, propicia baixa tensão no estado

de condução (0,6V) e desligamento rápido. Usado para baixas tensões.

DIODO IDEAL

DIODO SCHOTTKY

DIODOS DE POTÊNCIA

PARÂMETROS CRÍTICOS DO DIODO

Tensão de pico inversa (VPI) Tensão máxima que pode ser aplicada nos terminais do diodo quando este está reversamente polarizado. Se for ultrapassada esta tensão, o diodo passa a conduzir na direção inversa, podendo ser danificado no mesmo instante. A tensão de pico inversa também pode ser denominada por tensão de pico reversa ou tensão de ruptura.

Corrente direta média máxima - Corrente máxima que um diodo pode suportar com segurança quando estiver diretamente polarizado.

Corrente máxima de surto - É o valor máximo de corrente direta que o diodo pode suportar durante um transitório casual ou diante de um defeito do circuito.

MAXFAVG I

MAXFS I

PARÂMETROS CRÍTICOS DO DIODO

Temperatura máxima da junção - É a temperatura máxima na qual o diodo pode operar, sem apresentar defeito. Melhores desempenhos são alcançados em temperaturas mais baixas. Para controlar a temperatura de operação, os diodos são montados sobre dissipadores de calor..

jMAXT

Tempo de recuperação reversa - Por não ser um dispositivo ideal, o diodo não passa do estado ‘ligado’ para o estado ‘desligado’ de forma instantânea. O tempo durante o qual o diodo continua conduzindo (reversamente) após deixar de ser polarizado diretamente é denominado tempo de recuperação reversa. Os diodos rápidos são aqueles que possuem rápida recuperação do estado ‘desligado’, podendo ser operados em altas freqüências.

rrt

DIODOS DE POTÊNCIA

PROTEÇÃO DO DIODO

DIODOS DE POTÊNCIA

Sobretensão Quando diretamente polarizado, a tensão sobre o diodo é relativamente baixa (1V) e, portanto, não há problemas. No entanto, quando inversamente V) e, portanto, não há problemas. No entanto, quando inversamente polarizado, o diodo funciona como uma chave aberta. Nesse caso, se a tensão aplicada exceder a tensão de ruptura, ele passa a conduzir bruscamente, resultando em uma alta corrente. Unindo a alta corrente com a alta tensão nos terminais, é bem provável que a temperatura de junção exceda o valor máximo e ele seja danificado. Na prática, seleciona-se um diodo com tensão de pico inversa 20% maior que o esperado em condições normais de operação.

Sobrecorrente Se a corrente nominal do diodo é excedida, a temperatura da junção é elevada acima do limite suportado e o dispositivo é danificado. Para proteger o diodo utiliza-se um fusível para assegurar que a corrente no diodo não exceda o valor nominal.

PROTEÇÃO DO DIODO

Transitórios Os transitórios podem submeter o diodo a tensões maiores que a nominal. A proteção pode ser realizada com um circuito RC série (snubber) conectado em paralelo com o diodo. Este artifício reduz a taxa de variação da tensão, suavizando o pico de tensão gerado pelo transitório.

TESTE DE UM DIODO

DIODOS DE POTÊNCIA

Usando um ohmímetro e, utilizando suas ponteiras, polarize o diodo diretamente. Neste caso deve ser apresentada uma resistência bastante baixa. Quando ocorre a inversão dos terminais e, portanto, a polarização é reversa, a resistência apresentada deve ser muito alta.

DIODOS DE POTÊNCIA

OPERAÇÃO DOS DIODOS EM SÉRIE E PARALELO

Em alguns casos, a potência a ser controlada pode superar o valor nominal dos diodos. Em aplicações deste tipo, podemos associar diodos para aumentar a capacidade de operação em potências elevadas.

ASSOCIAÇÃO DOS DIODOS EM SÉRIE

Este artifício utilizado quando a tensão inversa (VPI) suportada pelo diodo não é suficiente para a aplicação. Neste caso, realiza-se a conexão de dois ou mais diodos em série para aumentar o valor nominal deste parâmetro. No entanto, se os resistores não forem idênticos, grande parte da tensão inversa pode ser aplicada a um dos diodos, superando seu valor nominal.

Para fazer com que os diodos compartilhem a mesma tensão inversa, podemos utilizar resistores de compartilhamento.

ASSOCIAÇÃO DOS DIODOS EM SÉRIE

DIODOS DE POTÊNCIA

2 2

1 1

D D

D D

S IR V

I R V

I  12

21

DD

DD

II VV

R  

Deve-se utilizar os resistores de compartilhamento com maior valor possível, já que eles consomem potência mesmo quando os diodos não estão conduzindo.

RIRIP RRR  2 2

2 1Potência dissipada em R:

ASSOCIAÇÃO DOS DIODOS EM SÉRIE

DIODOS DE POTÊNCIA

Outro fator que deve ser observado é que os tempos de recuperação reversa dos diodos podem ser diferentes, fazendo com que apenas um receba a tensão inversa em um dado instante.

Para solucionar este problema, podemos utilizar um capacitor em paralelo com cada diodo protegendo-os contra transitórios de tensão.

ASSOCIAÇÃO DOS DIODOS EM PARALELO

DIODOS DE POTÊNCIA

Se a corrente da carga for maior que a suportada por um diodo, podemos ligar dois ou mais diodos em paralelo para obter uma corrente de operação mais alta. No entanto, os diodos não compartilham a mesma corrente direta, podendo ocorrer o sobreaquecimento de um deles.

A solução, neste caso, é utilizar resistores em série com os diodos para limitar a corrente.

21

12

DD

DD

II VV

R  

RIVRIVV DDDD  2211

RIRIP DDR  2 2

2 1Potência dissipada em R:

PERDAS NO DIODO

DIODOS DE POTÊNCIA

É a soma das perdas no estado ligado e desligado.

SWOFFONT PPPP 

T tIVP ONFFON 

T tIVP OFFRROFF 

Onde:

)()( OFFSWONSWSW PPP 

ftIVP fMAXFMAXFONSW  )()()( 6 1

ftIVP rMAXFMAXFOFFSW  )()()( 6 1

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