Diodo de Potência: Características e Aplicações

Prévia do material em texto

UNIVERSIDADE NOVE DE JULHO
Disciplina de Eletrônica Industrial
1
Eletrônica de Potência – DIODO DE POTÊNCIA
• Principais características
• É um dispositivo não‐controlado (comuta espontaneamente)
• Conduz quando diretamente polarizado e bloqueia quando i<0
• VAC > 0
• Possui uma queda de tensão intrínseca quando em condução
• VF ~ 1V (forward voltage)
• Não são facilmente operados em paralelo, devido aos seus 
coeficientes térmicos de condução serem negativos
• Quanto maior temperatura menor a queda direta
• Pode conduzir reversamente durante um tempo trr  (tempo de 
recuperação reversa ‐ especificado pelo fabricante)
UTFPR – Campus  Curitiba 
Prof. Amauri Assef
2
Eletrônica de Potência – DIODO DE POTÊNCIA
• Características estáticas (tensão‐corrente):
Circuito equivalente do diodo
Ideal
Região de avalanche 
(curto‐circuito)
2V(TO )iDmed  rT IDefPcReal
UTFPR – Campus  Curitiba 
Prof. Amauri Assef
3
Eletrônica de Potência – DIODO DE POTÊNCIA
• Características dinâmicas (considera‐se D real):
Tempo de recuperação reversa ‐ trr
• Bastante significativo  em aplicações de chaveamento em alta 
velocidade→ provocam substâncias perdas e sobrecorrentes
• O diodo real não passa, em um único instante, do estado de 
condução para o de não‐condução (comutação abrupta)
• Nesse momento uma corrente reversa flui por um breve período, 
e o diodo continua conduzindo devido aos portadores 
minoritários que permanecem na junção pn e no material 
semicondutor propriamente dito
• Os portadores minoritários requerem um certo tempo para 
recombinar com as cargas opostas e ser neutralizados
• C -7 Capacitância de recuperação do diodo (da junção)
• Qrr -7 carga armazenada em C durante condução
UTFPR – Campus  Curitiba 
Prof. Amauri Assef
5
Eletrônica de Potência – DIODO DE POTÊNCIA
• Inicialmente S bloqueado
• Malha L e D circuito IL  com a 
corrente do indutor fluindo 
livremente
• S é fechada - corrente IL
transferida de D para S
• Comutação - diodo bloqueia
• IL = iS + iF (constante)
• S fechada - corrente iF ↓
• Velocidade de decrescimento 
depende:
UTFPR – Campus  Curitiba 
Prof. Amauri Assef
6
Eletrônica de Potência – DIODO DE POTÊNCIA
• Com iF=0
• Ocorre a descarga de C
• iD  torna‐se negativa, até que Qrr 
seja toda removida
• IRM representa o pico da corrente 
de recuperação do diodo
• Qrr = 0 diodo bloqueado
• A taxa de variação de corrente, 
associada à indutância parasita 
série provoca sobretensão 
negativa em D durante bloqueio 
(pode ser destrutiva)
• Utilizar snubber RC série em 
paralelo com o diodo
UTFPR – Campus  Curitiba 
Prof. Amauri Assef
7
Eletrônica de Potência – DIODO DE POTÊNCIA
• Formas de onda:
UTFPR – Campus  Curitiba 
Prof. Amauri Assef
8
Eletrônica de Potência – DIODO DE POTÊNCIA
• Conclusão: o tempo de recuperação reversa (trr) e a carga 
armazenada na junção (Qrr) estão relacionadas 
diretamente com as perdas de comutação
• Equações:
• diF/dt -7 estabelecido pelo projetista (depende do circuito)
• Qrr dado do fabricante -7 quanto menor,mais rápido é o diodo
UTFPR – Campus  Curitiba 
Prof. Amauri Assef
9
Eletrônica de Potência – DIODO DE POTÊNCIA
• Entrada em condução do diodo:
• Circuito para o estudo da entrada em condução do diodo e
formas de onda durante a comutação (entrada em
condução)
Atraso de entrada
em condução
UTFPR – Campus  Curitiba 
Prof. Amauri Assef
11
Eletrônica de Potência – DIODO DE POTÊNCIA
• trf: tempo de entrada em condução
• Pode variar entre 0,1 a 1,5 μs
• VFP: tensão de pico na entrada em condução
• Pode alcançar valores próximo de 40V
• Diodos rápidos reduzem trf e VFP
O atraso e a sobretensão são devidos à variação da resistência
do diodo durante entrada em condução
Em conversores comutados pela linha, as perdas de comutação
podem ser desconsideradas
UTFPR – Campus  Curitiba 
Prof. Amauri Assef
12
Eletrônica de Potência – DIODO DE POTÊNCIA
• Classificação quanto ao tempo de recuperação reversa:
• Diodos lentos (standard‐recovery) -+ trr > 1 μs
• Line –frequency diodes – operação em baixa frequência,  geralmente menor 
que 1 kHz
• Diodos rápido (fast‐recovery)-+ trr < 200 ns
• Soft‐recovery – Variação de corrente suavizada para evitar picos de tensão
• Diodos ultra‐rápidos (ultrafast‐recovery) -+ trr < 70 ns
• Aplicação em fontes chaveadas
• Pode‐se reduzir o circuito snubber de proteção
UTFPR – Campus  Curitiba 
Prof. Amauri Assef
13
Eletrônica de Potência – DIODO DE POTÊNCIA
• Demais valores nominais:
• Corrente direta média máxima – IF(avg)max
• É a corrente máxima que o diodo pode aguentar com segurança quando 
polarizado diretamente
• Corrente máxima de surto ‐ IFSM
• É a corrente máxima que o diodo pode suportar durante um transitório
fortuito ou diante de um defeito do circuito
• Proteções
• Sobretensão
• Sobrecorrente
• Transitórios – circuito snubber
UTFPR – Campus  Curitiba 
Prof. Amauri Assef
14
Eletrônica de Potência – DIODO DE POTÊNCIA
• Exemplo: 1N4007 (standard)
UTFPR – Campus  Curitiba 
Prof. Amauri Assef
15
Eletrônica de Potência – DIODO DE POTÊNCIA
• Exemplo: MUR460 (ultrafast)
UTFPR – Campus  Curitiba 
Prof. Amauri Assef
16
Eletrônica de Potência – DIODO DE POTÊNCIA
UTFPR – Campus  Curitiba 
Prof. Amauri Assef
17
Eletrônica de Potência – DIODO DE POTÊNCIA
• Diodos Schottky
• Possuem uma baixa queda de tensão de condução, tipicamente de 0,3V
• Baixo tempo de recuperação - baixas perdas por condução
• Circuitos Snubbers menores e menos dissipativos
• Aplicação em fontes de baixa tensão, nas quais as quedas sobre os
retificadores são significativas
• Desvantagem: baixa tensão direta e inversa suportável
UTFPR – Campus  Curitiba 
Prof. Amauri Assef
18
Eletrônica de Potência – RETIFICADORES A DIODO
• Retificador Monofásico Meia Onda a Diodo
• 1) Carga Resistiva Pura
• Onde:
Sendo: Vo = valor eficaz da tensão de alimentação
v(t )  Vm sen (t )  2Vosen (t )
UTFPR – Campus  Curitiba 
Prof. Amauri Assef
19
Eletrônica de Potência – RETIFICADORES A DIODO
• Formas de onda para carga R(pura):
UTFPR – Campus  Curitiba 
Prof. Amauri Assef
20
Eletrônica de Potência – RETIFICADORES A DIODO
• Tensão média na carga:

t0 T 1T tVmed
  2V0 sen (t )dt
2
f ( t )dt
0
0
1VLmed
• Corrente média na carga:
 
2

sen (t )dt
0
1 2V0
R
I Lmed
R
 0 ,45V0
R
 VLmedI Lmed
UTFPR – Campus  Curitiba 
Prof. Amauri Assef
21
௅ܸ௠௘ௗ ൌ
ଶ	
గ
· ଴ܸ ൌ0,45 · ଴ܸ
Eletrônica de Potência – RETIFICADORES A DIODO
• Corrente de pico no diodo:
• Tensão de pico inversa do diodo:
R
2V0I Dp
• Corrente eficaz no diodo
VDp  2V0
R
 0 ,707 V0   
2R
V0
2R 2
2V0   

sen 2 (t )dt 2V0RI Lef
2
0 
2    
 2 
1
2  
 f ( t ) dt1TVrms
t0 T
t

0
2
UTFPR – Campus  Curitiba 
Prof. Amauri Assef
22
Eletrônica de Potência ‐ Revisão
• Referênciasbibliográficas:
– BARBI, Ivo. Eletrônica de Potência; 6ª Edição, UFSC, 2006
– MUHAMMAD, Rashid Eletrônica de Potência; Editora: Makron Books, 
1999
– ERICKSON, Robert W.; MAKSIMOVIC, Dragan. Fundamentals of power 
electronics. New York: Kluwer Academic, 2001
– AHMED, Ashfaq. Eletrônica de Potência; Editora: Prentice Hall, 1a 
edição, 2000
– Materiais de aula do Prof. Leandro Michels – UDESC
UTFPR – Campus  Curitiba 
Prof. Amauri Assef
24
Exercício para entregar:
https://goo.gl/forms/oaFpJPV19FjKRMMK2