Diodo de Potência: Características e Aplicações

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Eletrônica de Potência Eletrônica de Potência –– DIODO DE POTÊNCIADIODO 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)
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� 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)
Eletrônica de Potência Eletrônica de Potência –– DIODO DE POTÊNCIADIODO DE POTÊNCIA
� Características estáticas (tensão-corrente):
Circuito equivalente do diodo
Ideal
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Região de avalanche
(curto-circuito)
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DefTDmed)TO(c IriVP +=Real
Eletrônica de Potência Eletrônica de Potência –– DIODO DE POTÊNCIADIODO DE POTÊNCIA
� Exercício: 
Calcular a corrente IF , a tensão VF , e a potência no diodo 
D polarizado diretamente por uma fonte de tensão 
contínua de 50V, em série com um resistor de 100Ω. 
Considerar rT = 15mΩ e V(TO) = 0,7V:
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Eletrônica de Potência Eletrônica de Potência –– DIODO DE POTÊNCIADIODO 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)
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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� Capacitância de recuperação do diodo (da junção)
� Qrr� carga armazenada em C durante condução
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� Inicialmente S bloqueado
� Malha L e D circuito IL em roda livre
� S é fechado � corrente IL
transferida de D para S
� Comutação � diodo bloqueia
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� Comutação � diodo bloqueia
� IL = iS + iF (constante)
� S fechado � corrente iF↓
� Velocidade de decrescimento 
depende:
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� 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
� Q = 0 � diodo bloqueado
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� 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
Eletrônica de Potência Eletrônica de Potência –– DIODO DE POTÊNCIADIODO DE POTÊNCIA
� Formas de onda:
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Eletrônica de Potência Eletrônica de Potência –– DIODO DE POTÊNCIADIODO 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:
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� diF/dt���� estabelecido pelo projetista (depende do circuito)
� Qrr dado do fabricante � quanto menor, mais rápido é o diodo
Eletrônica de Potência Eletrônica de Potência –– DIODO DE POTÊNCIADIODO DE POTÊNCIA
� Exercício: 
O tempo de recuperação de um diodo é trr=3 μs e a taxa 
de decaimento da corrente do diodo é di/dt=30A/μs. 
Determinar (a) a carga armazenada Qrr e (b) a corrente 
reversa máxima de pico IRM. 
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Eletrônica de Potência Eletrônica de Potência –– DIODO DE POTÊNCIADIODO 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)
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Atraso de entrada
em condução
Eletrônica de Potência Eletrônica de Potência –– DIODO DE POTÊNCIADIODO 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
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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
Eletrônica de Potência Eletrônica de Potência –– DIODO DE POTÊNCIADIODO DE POTÊNCIA
� Classificação quanto ao tempo de recuperação:
� 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) � t < 70 ns
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� Diodos ultra-rápidos (ultrafast-recovery) � trr < 70 ns
� Aplicação em fontes chaveadas
� Pode-se reduzir o circuito snubber de proteção 
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� 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 - I
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� 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
Eletrônica de Potência Eletrônica de Potência –– DIODO DE POTÊNCIADIODO DE POTÊNCIA
� Exemplo: 1N4007 (standard)
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Eletrônica de Potência Eletrônica de Potência –– DIODO DE POTÊNCIADIODO DE POTÊNCIA
� Exemplo: MUR460 (ultrafast)
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Eletrônica de Potência Eletrônica de Potência –– DIODO DE POTÊNCIADIODO DE POTÊNCIA
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Eletrônica de Potência Eletrônica de Potência –– DIODO DE POTÊNCIADIODO DE POTÊNCIA
� Diodos Schottky
� Possuem uma baixa queda de tensão de condução, tipicamente de 0,3V
� Baixo tempo de recuperação � baixa 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
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Eletrônica de Potência Eletrônica de Potência –– RETIFICADORES A DIODORETIFICADORES A DIODO
� Retificador Monofásico Meia Onda a Diodo
� 1) Carga Resistiva Pura
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� Onde:
Sendo: Vo = valor eficaz da tensão de alimentação
)t(senV)t(senV)t(v om ωωω 2==
Eletrônica de Potência Eletrônica de Potência –– RETIFICADORES A DIODORETIFICADORES A DIODO
� Formas de onda para carga R(pura):
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Eletrônica de Potência Eletrônica de Potência –– RETIFICADORES A DIODORETIFICADORES A DIODO
� Tensão média na carga:
∫
+
=
Tt
t
med dt)t(fTV
0
0
1
∫=
pi
ωω
pi 0
022
1
td)t(senVVLmed
0
0 4502 V,VVLmed == pi
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� Corrente média na carga:
∫=
pi
ωω
pi 0
02
2
1
td)t(sen
R
VI Lmed
pi
R
V,
R
VI LmedLmed 0
450
==
Eletrônica de Potência Eletrônica de Potência –– RETIFICADORES A DIODORETIFICADORES A DIODO
� Corrente de pico no diodo:
� Tensão de pico inversa do diodo:
R
VI Dp 0
2
=
2VV =
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� Corrente eficaz no diodo
02VVDp =
R
V
,
R
V
R
V
td)t(sen
R
VI Lef 002
2
0
0
2
2
0 7070
222
22
2
1
==





=







= ∫
pi
pi
ωω
pi
pi
[ ] dt)t(f
TV
Tt
t
rms ∫
+
=
0
0
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Eletrônica de Potência Eletrônica de Potência –– DIODO DE POTÊNCIADIODO DE POTÊNCIA
� Exercícios: 
1) Seja o retificador de meia onda alimentando carga
resistiva pura com Vo=120V (valor eficaz) e R=50Ω. 
Calcular: (a) tensão média na carga , (b) corrente 
média na carga, (c) corrente eficaz na carga e (d) 
potência transferida ao resistor R. Desenhar os gráficos
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potência transferida ao resistor R. Desenhar os gráficos
de VL, IL e VD indicando os valores máximos e mínimos.
2) Considerando rT = 12mΩ e V(TO) = 0,85V, calcular a
potência de condução do diodo:
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DefTDmed)TO(c IriVP +=
Eletrônica de Potência Eletrônica de Potência -- RevisãoRevisão
� Referências bibliográficas:
– 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
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– 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