4.2.1 DIODOS DE POTENCIA

4.2.1 DIODOS DE POTENCIAUn diodo de potenciaEn condiciones de polarizacin inversa:

Polarizacin directa:

Regin de agotamientoFormas de onda de switcheo de un diodo

Comportamiento controlado de la carga en un diodo

Ecuacin del diodo:Ecuacin de la carga controlada:Con:a(Estas ecuaciones no incluyen la corriente en la regin de agotamiento de cargas por capacitancia )Y por lo tantoEn equilibrio:Control de la carga en un diodoDiscusinLa familia de curvas i-v del diodo es una relacin equilibrada, que puede ser alterada durante las condiciones transitorias.Durante los transitorios de conmutacin de encendido y apagado , la corriente se desva sustancialmente del equilibrio en la curva i-v , debido al cambio de carga almacenada y al cambio de carga en la zona de agotamiento dada en la polarizacin inversa.En condiciones de polarizacin directa las cargas almacenadas, provocan modulacin de conductividad en la resistencia de la regin dopada, provocando una reduccin en la resistencia de encendido.Eli-vcurvafamiliardel diodo es un equilibrio

relacin que puede ser violada durante transitoria

condiciones

Durante los transitorios de conmutacin de encendido y desvo,

la corriente se desva sustancialmente del equilibrio

i-vcurva, debido al cambio en la carga almacenada

y cambiar en el cargo dentro de la polarizacin inversa

region de agotamiento

En condiciones prospectivas sesgadas, la minora almacenada

carga provoca "modulacin de conductividad" del

resistencia de la n ligeramente dopada-

-

regin, la reduccin de la

dispositivo en resistenciaEli-vcurvafamiliardel diodo es un equilibrio

relacin que puede ser violada durante transitoria

condicionesDiodo en estado APAGADO - polarizacin inversa voltaje de bloqueo

Diodo esta polarizado inversamenteNo existe carga almacenada q=0En la regin de agotamiento aparece un voltaje de bloqueo, en el cual existen cargas almacenadas que forman una capacitancia.Transitorio de encendido ON

La corriente i(t) esta determinada por el circuito convertidor . Esta corriente suministra:

La carga para aumentar voltaje a travs de la regin de agotamiento.La carga necesaria para apoyar la estabilidad de la corriente en estado encendido (on).La carga necesaria para reducir la resistencia del estado encendido.Transitorio de Apagado OFF

Transitorio de Apagado OFF

(4) El diodo permanece polarizado retirando la carga almacenada en la regin n-

(5) El diodo es polarizado inversamente carga la regin de agotamiento, nuevamente generando una capacitancia.Qr Recuperacin de carga almacenada temporalmente en el transistor (Leer seccin 4.3.2)Tipos de diodos de potenciaDe recuperacin estndarTiempo de recuperacin inversa no especificada, destinados a 50/60 Hz. De recuperacin rpida y recuperacin ultra rpidaTiempo de recuperacin y recuperacin de carga especificadas, destinado a aplicar en convertidores.

Diodo SchottkyUn dispositivo portador mayoritario.Esencialmente sin recuperacin de cargas.Restringido a baja tensin.Modelo de caracterstica i-v en equilibrio, en paralelo con la regin de agotamiento (capacitancia).

Diodos de potencia comerciales

Diodos en paraleloLos intentos de colocar diodos en paralelo y que compartan la corriente generalmente no funcionan.La Razn: La inestabilidad trmica causada por la dependencia de la temperatura en la ecuacin del diodo.Aumenta la temperatura a medida que aumenta la corriente o reduce el voltaje.Un solo diodo podra acaparar la corriente.Para lograr que los diodos compartan la corriente se requieren medidas heroicas: Seleccionar dispositivos emparejados Con paquete de sustrato trmico comn Y construir circuitos externos que obliguen a equilibrar las corrientes.

4.2.2 MOSFET de Potencia

Puerta de longitudes de acercarse a una micra

se compone de muchas clulas conectadas en paralelo MOSFET en modo de enriquecimiento pequeo, que cubre la superficie de la oblea de silicio

flujo de corriente vertical

dispositivo de canal n se muestraMOSFET: Estado Apagado

unin p-n es inversa sesgada

fuera de estado de tensin aparece a travs de la regin nEstado Encendido

unin p-n es ligeramente inversa sesgada tensin de puerta positiva inducida conducir la corriente del canal drenaje fluye a travs de la regin y la realizacin de Canal n sobre la resistencia = resistencias totales de regin n realizacincanal, la fuente de un contacto de drenaje, etc.MOSFET Cuerpo de Diodo

PN- formas de unin de un diodo efectiva, en paralelo con el canal drenaje-fuente de voltaje negativo puede polarizar el diodo cuerpo diodo puede conducir la corriente MOSFET nominal completa diodo cuerpo optimizado velocidad de conmutacin del diodo no es lento, Qr es grande

Desactivado estado: VGS > V MOSFET puede conducir corrientes de pico muy por encima de la media -caractersticas de calificacin actuales son sin cambios en la resistencia tiene un coeficiente de temperatura positivo, por lo tanto, fcil de paraleloUn circuito equivalente MOSFET sencillo

CGS: grande, esencialmente constante Cgd: pequea, altamente no lineal Cds: intermedios en valor, altamente no lineal Los tiempos determinados por la tasa de conmutacin en el que los cargos de controladores de puerta / descargas Cgs y CgdPrdida de conmutacin causado por capacitancias de salida semiconductores

Ejemplo convertidor BuckPerdida de energa MOSFET durante transicin de encendido (suponiendo capacidades lineales):

MOSFET Cds no linealesDependencia aproximado de Cds incrementales en vds:

Energa almacenada en CDs a vds = VDS:- La misma prdida de energa como condensador lineal que tiene valor

Caractersticas de varios MOSFET de potencia comerciales

Conclusiones MOSFETUn dispositivo de portadores mayoritarios: Velocidad de conmutacin rpidaFrecuencias de conmutacin tpicas: decenas y cientos de kHz En la resistencia aumenta rpidamente con la tensin nominal de bloqueoFcil de conducirEl dispositivo de eleccin para bloquear voltajes menos de dispositivos 500V 1000V estn disponibles, pero slo son tiles en los niveles de baja potencia (100W)Nmero de referencia se selecciona en funcin de la resistencia de conexin en lugar de valoracin actual4.2.3 BJT (Transistor de unin bipolar)Contactos emisor y base interdigitadosFlujo de corriente verticalDispositivo de portadores minoritariosEstado activo: base-emisor y colector-base ambas son de polarizacin directa.Estado activo:carga sustancial minora en p y regiones n- , la modulacin de conductividad

Tiempo de conmutacin en el bjt

FORMA DE ONDA DE LA CORRIENTE DE UNA BASE IDEAL

Apiamiento debido a la corriente excesiva ib2Puede conducir a la formacin de puntos calientes y fallo del dispositivoCaractersticas del bjtLa ganancia de corriente B disminuye rpidamente a alta corriente . El dispositivo no debe funcionar a corrientes instantneas que excedan el valor nominal

Voltajes de rupturaBV CBO :tensin de ruptura avalancha de unin base- colector , con el emisor en circuito abierto.BV CEO : colector-emisor tensin de ruptura con la corriente de base cero.BV SUS : tensin de ruptura observada con corriente de base positiva.En la mayora de las aplicaciones , la tensin del transistor offstate no debe superar BV CEO

BJT conectado COMO DarlingtonEl aumento de ganancia de corriente , para aplicaciones de alta tensinEn un dispositivo de Darlington monoltica , los transistores Q1 y Q2 estn integrados en la misma oblea de silicio.El diodo D1 acelera el proceso de apagado , al permitir que el controlador base elimine activamente la carga almacenada de ambos Q1 y Q2 durante la transicin de apagado

Conclusiones: bjtBJT ha sido reemplazado por el MOSFET en aplicaciones de baja tensin ( < 500V ) BJT est siendo reemplazado por IGBT en aplicaciones con tensiones por encima de 500VUn dispositivo de portadores minoritarios : en comparacin con MOSFET, el BJT exhibe conmutacin ms lenta , pero ms baja en la resistencia a altas tensiones.