Tema02_Leccion04

5/24/2018 Tema02_Leccion04

1/27

Universidad de Oviedo Tema 2: Dispositivos semiconductores de potencia

TEMA 2 Dispositivos semiconductores de potencia

Leccin 3: Introduccin

Leccin 4: El diodo de potencia

Leccin 6: El rectificador controlado de silicio (SCR)

Leccin 5: Los transistores de potencia


2/27


4.1 Construccin y encapsulado4.2 Caractersticas estticas

4.2.1 Curvas estticas4.2.2 Estados de bloqueo y conduccin

4.2.3 Clculo de prdidas4.3 Caractersticas dinmicas

4.3.1 Entrada en conduccin; recuperacin directa4.3.2 Salida de conduccin; recuperacin inversa4.3.3 Clculo de prdidas

4.4 Tipos de diodos de potencia.4.4.1 Diodos rectificadores para baja frecuencia.4.4.2 Diodos rpidos y ultrarrpidos.4.4.3 Diodos Schottky.4.4.4 Diodos para aplicaciones especiales.

4.5 Uso de los datos de catlogo de fabricantes.

TEMA 2 Dispositivos semiconductores de potencia



3/27


Tensin Trmica


4.1 Construccin y encapsulado

UNIN P-N DE SEMICONDUCTOR:

N P

nA

n

pD

p2

iS LN

D

LN

DnqAI

1eIi TV

V

S

Ecuacin de Shockley

q

Tk

VT

Corriente inversa de saturacin

A: rea efectiva de la Zona de Transicinni: Concentracin intrnseca del semiconductorDP, DA: Constante de difusin de huecos o electrones, respect.ND, NA: Concentracin de dopante donador o aceptador, respect.

Lp, Ln: Longitud de difusin de la zona P o de la zona N, respect.

k: Constante de Boltzmannq: Carga del electrnT: Temperatura absoluta (Kelvin)

CTODO CTODO

NODONODO


4/27




TCNICAS DE CONSTRUCCIN: DIFUSIN

Antes del dopado

P

N

0

Despus del dopado

P

N

0

PP

NP

Capa andica Capa catdica

PP

P N

P N

N

(sustrato tipo N)

Atmsferadopada contomos de

aceptor

In

In

In

In

Electrnica de Potencia, Martnez, S., Gualda, J.A.; Ed. Thomson, 2006.


5/27


P

N

VACO O

GAS INERTE

BOBINA DE

INDUCCIN

GRAFITO

SEMICONDUCTOR

FUNDIDO CON

IMPUREZAS

DIODO

CRISTAL

SEMILLA

EJE

ROTATIVO Y

EXTRACTOR

P



TCNICAS DE CONSTRUCCIN: UNIN CRECIDA



6/27


7/27


DO - 5



ENCAPSULADO AISLAMIENTO

CONEXIN ELCTRICA

DISIPACIN TRMICA

PN

Terminal de cobre(nodo)

Cierre aislante

Cierre metlico

Pastillasemiconductora

SoldadurasAu-Si

Base de cobre(ctodo)



8/27


DO 200AC

Grandes corrientes(3500 5000 A)



ENCAPSULADO

PN

Base de cobre(nodo)

Cierre metlicoCierrecermico

Soldaduras

Pastillasemiconductora

Cierre metlico

Base de cobre(ctodo)



9/27


Tipos de diodos


TipoCada detensin

directa (V)

Mercurio

Selenio

Germanio

Silicio

Oxido decobre

Corrientede fugas

Temp.interna

mx. (C)

Tensininversamx. (V)

Intensidaddirecta

mx. (A)

Densidadde corriente

(A/cm 2)

15 a 19

1

0,5

1

0,6

baja

alta

baja

muy baja

alta

400

150

120

200

70

20.000

50

800

3.500

30

5.000

50

200

1.000

10

4.000

1

100

100

1



10/27


CTODO

NODO


4.2 Caractersticas estticas

CURVAS ESTTICAS Diodo IDEAL

iFuF

iF

uF

POL. DIRECTAEN CONDUCCIN

POL. INVERSAEN CORTE

FFF u0i0u

Ecuacin ideal

FFF i0u0i


11/27


CTODO

NODO



CURVAS ESTTICAS Diodo REAL

iFuF

iF

uF


POL. INVERSAEN CORTE Ecuacin real

1eIi TV

V

SF

AVALANCHA

RF uusi

uR


12/27


CTODO

NODO



CURVAS ESTTICAS Diodo LINEALIZADO

iF

uF

iF

uF


POL. INVERSAEN CORTE

Ecuacin

linealizada

0uusiI

uu0si0

uusir

uu

i

FRR

F

Fd

F

F

AVALANCHA

uR

iR


13/27


Intensidad media nominal (IF AV):

Es el valor medio de la mxima intensidad de impulsos senoidales de 180 queel diodo puede soportar con la cpsula mantenida a determinada temperatura(110 C normalmente).

Intensidad de pico repetitivo (IF RM):

Mxima intensidad que puede ser soportada cada 20 ms por tiempo indefinido,con duracin de pico de 1ms a determinada temperatura de la cpsula.

Intensidad de pico nico (IF SM):Es el mximo pico de intensidad aplicable por una vez cada 10 minutos o ms,con duracin de pico de 10ms.



ESTADO DE CONDUCCIN


14/27


Tensin inversa de trabajo (VR WM):Tensin inversa mxima que puede ser soportada por el diodo de formacontinuada sin peligro de avalancha.

Tensin inversa de pico repetitivo (VR RM):

Tensin inversa mxima que puede ser soportada en picos de 1ms repetidoscada 10 ms por tiempo indefinido.

Tensin inversa de pico nico (VR SM):

Tensin inversa mxima que puede ser soportada por una sola vez cada 10 mino ms, con duracin de pico de 10ms.

Tensin de ruptura (VR):Si es alcanzada, aunque sea por una vez, el diodo puede destruirse o al menosdegradar sus caractersticas elctricas.



ESTADO DE BLOQUEO


15/27


ud: Tensin directa.

IF AV: Corriente media.

rd: Resistencia dinmica.

IF RMS: Corriente eficaz.



CLCULO DE PRDIDAS (en conduccin)

T

0 FFDIS dt)t(i)t(u

T

1P

2FRMSdFAVdDIS iriuP

iF

iF

Vd

rd

VF


16/27


Diodo Ideal: Diodo Real:


4.3 Caractersticas dinmicas Entrada en conduccin (recuperacin directa)

iF

uFud

ubloqueo

id

t0: Instante de cierre

t0

trd: tiempo de recuperacin directa

t0: Instante de cierre

iF

uFud

ubloqueo

idt0

trd

uFP

dt

diF


17/27


Tiempo de recuperacin inversa:

ta= tiempo de almacenamiento.tt= tiempo de transicin

Carga de Almacenamiento:

Pico de corriente de recuperacin Inversa:Diodo Real:


4.3 Caractersticas dinmicas Salida de conduccin (recuperacin inversa)

t0: Instante de apertura

iF

uF

ta

trrtt

dt

ditI Farr

Irr

tarr ttt

rrrrrr It21Q

dt

diQ2I Frrrr

dt

di

Q2t

F

rrrr

t0


18/27


Aproximacin de la salida de conduccin

Existe dependencia de las prdidas conla frecuencia de conmutacin (fs).

Las prdidas de entrada en conduccinson muy pequeas ( trd


19/27


IF AV(A):


4.4 Tipos de diodos de potencia

DIODOS RECTIFICADORES DE BAJA FRECUENCIA

VR RM(V): trr: (ms):

16000 4003600

VFmax@ IF AVmax(V):

1,2

Aplicaciones:

Rectificadores de Red.Baja frecuencia (50Hz).

10

DIODOS RPIDOS (FAST) Y ULTRARRPIDOS (ULTRAFAST)

IF AV(A): VR RM(V): trr: (s):

30200 4001500

VFmax@ IF AVmax(V):

1,2

Aplicaciones:

Alta frecuencia (>20kHz).InversoresSAIs.Accionamiento de motores CA.

0,1-10


20/27




DIODOS SCHOTTKY

IF AV(A): VR RM(V): trr: (ns):

1120 15150

VFmax@ IF AVmax(V):

0,7

Aplicaciones:

Fuentes conmutadas

ConvertidoresDiodos de libre circulacinCargadores de bateras

5

DIODOS PARA APLICACIONES ESPECIALES

IF AV(A): VRRM(KV): trr

0,452 7,518

VFmax@ IF AVmax(V):

20-100

Aplicaciones:

Alta tensin150 ns

507000 400 - 2500 2 Alta corriente10 s


21/27


NODO CTODO

DO5200V/60A

Encapsulado cermico600V/6000A

Alta Tensin40.000V/0.45A (VF=32V)

Rectificador1500V/168A (VF=1.8V)

Schottky120A150V

Fast

1500V



ALGUNOS ENCAPSULADOS


22/27





23/27





24/27





25/27





26/27





27/27




Tema02_Leccion04

Documents

Transcript of Tema02_Leccion04