Capítulo 2 Diodos semicondutores de potência

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1 Capíulo 2 - nrodução Caracerísicas: Chave não conrolada direamene (chaveameno depende do circuio) Maior capacidade de ensão reversa e correne direa (quando comparados aos diodos de sinal) Menor velocidade de resposa

2 Diodo de junção PN e seu símbolo Fig. 2. REAL Curva caracerísica para polarização direa e reversa (curva esáica) Fig. 2.2 DEAL v > 0 Polarização direa (pequena queda de ensão) v < 0 Polarização reversa (pequena correne reversa (µa)) Pode ocorrer rupura (Efeio zener ou avalanche) v < - ZK ou - BR Modelo v D T n D i ( e ) i D correne aravés do diodo v D ensão do anodo em relação ao caodo correne de sauração reversa (0-6 a 0-5 A) n faor de idealidade (enre e 2) T ensão érmica: T kt/q q carga do eléron (,6x0-9 C) T emperaura em Kelvin k consane de Bolzman (,3806x0-23 J/K) Para T 298K (25 o C) T 25,8m

3 a) Região de polarização direa (v D > 0): eja TD a ensão de limiar (hreshold, cu-in, urn-on) de aproximadamene 0,7 para diodo de silício. Também se uiliza o símbolo γ (ensão de joelho) Para v D < TD i D é pequena (desprezível) Para v D > TD diodo em condução plena Ex: Para v D 0,, n e T 25,8m i D (48,23-) 48,23 (erro de 2,%) Para v D >0. i D >>, logo com erro menor que 2,%. i D vd nt ( e ) vd nt e b) Região de polarização reversa (v D < 0): Para v D >> T, que ocorre para v D < - 0,, em-se i D vd nt ( e ) onde é a correne de sauração reversa.

4 c) Região de rupura (reversa): Para ensão reversa muio ala ( normalmene > 000) v D < - BR (break-down volage) ocorre condução plena com correne muio sensível à ensão. Essa operação não é desruiva se a limiação de correne (pelo circuio exerno ao diodo) não causar dissipação de poência no diodo além de cero limie especificado. Comparação com o diodo de sinal Diferenças básicas em relação ao diodo de sinal: Tem-se a camada n - A região de depleção no lado n fica confinada na região n - A ensão de break down depende da dopagem da região n - Para polarização direa com ala correne uma resisência ôhmica mascara a curva exponencial

5 3 Curvas caracerísicas de recuperação reversa Diodo polarizado direamene: Correne devida aos poradores minoriários injeados em ambos os lados da junção Ao se reverer a polarização: As regiões devem ser descarregadas de seus poradores minoriários (isso leva um cero empo) Tempo de recuperação reversa 3 Curvas caracerísicas de recuperação reversa Tempo de recuperação reversa Normalmene a >> b - - rr de 0 a 25% de a armazenameno de cargas na região depleção b armazenameno de cargas no maerial semiconduor rr a b Faor de suavidade (sofness facor): F b / a

6 3 Curvas caracerísicas de recuperação reversa Pela figura em-se pico de correne: a di d rr depende da: emperaura da junção axa de decaimeno da correne direa correne direa anes da comuação ( F ). 3 Curvas caracerísicas de recuperação reversa Carga de recuperação reversa: Q (carga armazenada depende de F ) Q a di d 2 a 2Q rr 2 b 2 a rr rr 2Q di d 2Q rr e b << a rr a rr 2Q di d 2 Q di d Obs., Q e F : especificações do fabricane

7 3 Curvas caracerísicas de recuperação reversa Ex: No caso da recuperação reversa: e rr 3 µseg e di/d 30 A/µseg, Q 35 µc e 90 A Enquano o diodo esá reversamene polarizado em-se a correne de fuga. Obs. Esa correne depende de poradores minoriários gerados (ermicamene) na região de depleção e fugas, propriamene dias. Ao passar para a polarização direa surge o empo de recuperação direa (forward recovery ime): devido ao processo de difusão dos poradores minoriários a axa de crescimeno da correne deve ser limiada, para não danificar o diodo. Diodos padrão ou genéricos 4 - Tipos de diodos de poência Usados em reificadores e conversores de baixa frequência (aé khz) rr da ordem de 25µs Correnes de A a milhares de amperes e ensão reversa de 50 a 5k Diodos de recuperação rápida rr baixo, da ordem de 5µs Correne de A a cenenas de amperes e ensão reversa de 50 a 3k. Diodos choky Com junção meal-semiconduor Correne devido a poradores majoriários Tem apenas um efeio capaciivo próprio Queda de ensão no senido direo pequena Maior correne de fuga Tensão reversa aé 00 e correnes de a 300A

8 6 - Diodos conecados em série polarização reversa Necessidade: aumenar a capacidade de ensão de bloqueio reverso. carga v D - v D2 -,2 Curvas disinas: pequenas variações no processo de fabricação Fig. 2.8 Polarização direa: D e D 2 c/ as mesmas correnes direas (ensões direas quase iguais) Polarização reversa: D e D 2 c/ as mesmas correnes de fuga (- ), mas c/ grandes diferenças nas ensões de bloqueio ( D e D2 ) Diodos conecados em série com correção em regime permanene carga,2 olução: Correnes reversas disinas e 2,2 2 R2 R Fig. 2.9 mas D R e R R2 D2 R 2 D D2 R 2 R2 e D D2 2 R 2 R D D2 D R R R Obs. Faz-se com que R e R2 >> que e 2 ( dos diodos), respecivamene. Tem-se ligeiramene: D D2

9 Diodos conecados em série com correção em regime permanene e ransiório Para divisão de ensão em condições ransiórias. R s limia a axa de crescimeno da ensão de bloqueio. Fig. 2.0 Diodos conecados em paralelo Necessidade: aumenar a capacidade de correne direa. carga carga (a) regime permanene (b) ambém no ransiório - v L2 Fig. 2. v L - Há perda de energia nos resisores did e id L L L2 (em senido oposo) ir2 id d

10 Modelo do diodo no PCE i D vd nt e Temos uma fone de correne conrolada por ensão. R : Resisência do maerial C D : Capaciância (depleção e difusão) R D : resisência incremenal Fig. 2.2