IUPSM. Villegas. Diodo Volante y Circuitos de Recuperación de Energía Magnética Atrapada..

Diodo Volante y Circuitos de Recuperación de Energía Magnética Atrapada.

Rosney Alexandra Villegas Céspedes

Escuela de Ingeniería Electrónica, IUP “Santiago Mariño”Maracay, Venezuela.

e-mail: rosneyvillegas@hotmail.com

RESUMEN: La siguiente investigación fue enfocada en dos temas como son los Diodo Volante y los Circuitos de recuperación de Energía Magnética Atrapada. Surgió de la necesidad que tiene el estudiante de reconocer el uso de los Diodos de Recuperación rápida o Diodo Volante, describir el Funcionamiento de Circuitos de Recuperación de Energía Magnética Atrapada y reconocer algunas aplicaciones en la actualidad que posee cada uno respectivamente.

PALABRAS CLAVE: Diodo, Bobina, Relé y Circuitos Eléctricos.

1 INTRODUCCIÓN

El Diodo Es el dispositivo semiconductor más sencillo. A demás cabe destacar que son dispositivos unidireccionales, por tanto por ellos no puede circular la

corriente en sentido contrario al de conducción. Los diodos que se ponen en paralelo con cargas reactivas como la bobina de relés se les llaman Diodos Volantes.

Por otra Parte, Los Circuitos de Recuperación de

Energía Magnética Atrapada son los se puede llevar a cabo si se agrega al inductor un segundo bobinado y se agrega un Diodo.

2 DIODO VOLANTE

2.1 CARACTERÍSTICAS GENERALES

Para conmutación de alta frecuencia se usan diodos de recuperación rápida. Los Diodos de recuperación rápida tienen un tiempo de recuperación bajo, por lo general de 5 μs. Se utilizan en circuitos convertidores cd-cd y cd-ca, en los que a menudo la velocidad de recuperación es crítica. Estos diodos cubren especificaciones desde menos de uno, hasta cientos de amperios, con especificaciones de voltajes desde 50 V hasta aproximadamente 3 KV.

Para especificaciones mayores de 400 V, los diodos de recuperación rápida por lo general se fabrican por difusión y el tiempo de recuperación por lo general es controlado por difusión de oro o platino. Para especificaciones por debajo de 400 V, los diodos

epitaxiales proporcionan velocidades de conmutación que los diodos por difusión. Los diodos epitaxiales tienen una base más angosta, lo que permite un rápido tiempo de recuperación, tan bajo como 50 ns.

Los Diodos típicos en fuentes de poder para soldar tienen especificaciones de 1500 V a 400 A.

3 CIRCUITOS DE RECUPERACION DE ENERGÍA MAGNÉTICA ATRAPADA

3.1 FUNCIONAMIENTO

Los Circuitos Eléctricos que poseen bobinas, inductores o transformadores, la energía queda atrapada en dicho elemento, dado que no existe resistencia. En un circuito es deseable mejorar la eficiencia, devolviendo esa energía almacenada a la fuente de alimentación. Esto se puede llevar a cabo si se agrega al inductor un segundo bobinado y se agrega un Diodo. El inductor se comporta como un transformador. El secundario del transformador se conecta de tal forma que si es

positivo, es negativo con respecto a y viceversa. El

bobinado secundario, que facilita el retorno de la energía almacenada a la fuente vía el diodo, se conoce como bobinado de retroalimentación. [3]

Los circuitos se verán como siguen a continuación en la figura 3.

Suponiendo un transformador con una

inductancia magnetizante , el circuito equivalente es

como el que sigue en la figura. 4

Si el diodo y el voltaje secundario (voltaje de la fuente) se refieren al lado primario del transformador, el circuito equivalente es como el de la figura 5.

Donde definen las corrientes primaria y

secundaria del transformador respectivamente. La relación de vueltas de un transformador ideal se define Ec. (1).

La operación del circuito se puede dividir en 2 modos. El modo 1, comienza cuando se cierra el circuito, y el modo 2, cuando este se abre. Los circuitos equivalentes se representan en las figuras siguiente

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figura 6 donde t1 y t2 son las duraciones de los modos respectivamente.

MODO 1: durante este modo, el interruptor se encuentra cerrado y el tiempo es igual a “0”, el Diodo 1 tiene polarización inversa y la corriente a través del diodo

(corriente secundaria) es a , o bien .

Utilizando la ecuación de la figura eso da

el voltaje inverso del diodo, quedando definido como:

Suponiendo que no existe una corriente inicial en el circuito, la corriente primaria, es la misma que la

corriente del interruptor y se expresa como:

Lo que da:

Este modo es válido para y termina

cuando el interruptor se abre en . Al final de este

modo la corriente del primario se convierte en:

MODO 2: durante este modo se abre el circuito, se invierte el voltaje a través del inductor y el diodo se polariza directamente. Fluye una corriente a través del secundario del transformador y la energía almacenada en el inductor se devuelve a la fuente. Utilizando la ley de voltajes de Kirchhoff y redefiniendo el origen del tiempo de este modo, la corriente se expresa como.

Con la condición inicial se despeja la

corriente como:

Se puede calcular el tiempo de conducción del

diodo, con la condición inicial de la

ecuación anterior, y es:

El modo 2, es válido para . Al final de este

modo en , toda la energía almacenada en el

inductor ha sido devuelta a la fuente. [3]

4 APLICACIONES

La principal aplicación del diodo es la obtención de una tensión continua a partir de una fuente de corriente alterna lo cual ocurre porque deja circular corriente a través suyo cuando se conecta el polo positivo de la fuente al ánodo, y el negativo al cátodo, y se opone al paso de la misma si se realiza la conexión opuesta de forma que realiza así la conversión de corriente alterna en continua al permitir solo el paso de la alternancia positiva. A este proceso se le llama "rectificación".

En el caso de los Diodos Volantes, se usan para eliminar la tensión reactiva que se produce al desconectar este tipo de cargas que puede llegar a ser varias veces mayor que la tensión que se le aplicó y así evitar chispas o daños en elemento de control o switch.

A demás son utilizados comúnmente en circuitos de alta frecuencia combinados con transistores. Soporta niveles de potencia de algunos cientos de voltios y de amperios.

5 IMAGENES

Figura 1. Diodo

Figura 2. Diodos de Recuperación Rápida

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Figura 3. Diagrama de un circuito

Figura 4. Circuito Equivalente

Figura 5. Circuito Modo 1 y Modo 2

Figura 2. Circuito equivalente de los dos modos

6 REFERENCIAS

[1] Münch, L. y Ángeles, E. (2003). Métodos y Técnicas de Investigación. México

[2] Sabino, Carlos (1992). El Proceso de Investigación.2ª edición. Bogotá, Colombia. Editorial Panamericana.

[3] Muhammad H. Rashid. “Electrónica de Potencia: circuitos, dispositivos y aplicaciones” 2da Edición. Prentice Hall Hispanoamericana S.A. 2001. Pp. 25, 26,48, 49.

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