Diodos de Potencia

Hola amigos, espero que todos estén muy bien. En el tutorial de hoy, vamos a discutir lo que es el diodo de potencia. El diodo es un módulo comúnmente utilizado en la ingeniería eléctrica y electrónica. Casi en todos los dispositivos electrónicos y proyectos de ingeniería se utilizan diodos. Es un dispositivo de unión PN que tiene 2 terminales, ánodo y cátodo. La función principal del diodo es convertir la corriente alterna en corriente continua, esta característica del diodo se llama rectificación.

El diodo de potencia es idéntico a los otros diodos semiconductores pero tiene algunas diferencias en su estructura. Los diodos normales se utilizan para circuitos de amplificación y conmutación más pequeños, pero el diodo de potencia se utiliza en circuitos de amplificación más altos. En el artículo de hoy, hablaremos de su estructura, aplicaciones, circuitos y principio de funcionamiento. Así que vamos a empezar con lo que es el diodo de potencia.

¿Qué es un Diodo de Potencia?

Un diodo de potencia o diodo de alta potencia es uno de los dispositivos semiconductores de potencia que tienen dos terminales (cátodo y ánodo) similares al diodo de unión PN normal, pero que presentan una mayor capacidad de manejo de potencia. Están diseñados para manejar varios kiloamperios de corriente en condiciones de polarización directa con una pérdida de potencia insignificante y deben bloquear varios kilovoltios en estado de polarización inversa.

De forma más sencilla, podemos decir que los diodos de potencia son dispositivos diseñados para transportar una gran cantidad de corriente a alta tensión. Los dispositivos semiconductores de potencia se utilizan principalmente en los circuitos electrónicos de potencia.

Simbólicamente un diodo de potencia se representa como:

Construcción del Diodo de Potencia

Ya hemos comentado que un diodo de potencia se construye de forma diferente a la del diodo de señal. Un diodo de señal tiene simplemente una unión PN. Pero para que los diodos de potencia sean adecuados para aplicaciones de alta tensión y corriente, se construyen de una manera bastante compleja.

A continuación se muestra la estructura constructiva de los diodos de potencia:

Se considera un sustrato n+ fuertemente dopado sobre el que crece epitaxialmente una capa n-, además, la difusión de la capa p+ tiene lugar sobre la región n-. Esta región p+ forma la conexión anódica mientras que el sustrato n+ forma la conexión catódica.

Al hablar del diodo de unión p-n, hemos visto que no había tal estructura. Por lo tanto, aquí las regiones p+ y n+ son ánodo y cátodo respectivamente, mientras que la región n- actúa como región de deriva. En la condición de polarización inversa, la región de agotamiento se absorbe dentro de la región de deriva. El grosor de la región n- y la tensión de ruptura del diodo en polarización inversa muestran una proporcionalidad directa entre sí.

Por lo tanto, cuanto más amplia sea la región n-, mayor será la tensión de ruptura.

Sin embargo, en el modo de conducción directa, la región n- suma para la resistencia óhmica del diodo. Esto conduce a una gran disipación de energía y para hacer frente a esto, es necesario hacer arreglos de refrigeración.

Principio de Funcionamiento de los Diodos de Potencia

El principio de funcionamiento de este diodo es similar al del diodo de unión PN normal. Cuando la tensión del terminal anódico es mayor que la del terminal catódico, el diodo conduce. El rango de caída de tensión directa en este diodo es muy pequeño, aproximadamente 0.5V – 1.2V. En este modo, el diodo funciona como una característica directa.

Si la tensión del cátodo es mayor que la del ánodo, el diodo funciona como modo de bloqueo. En este modo, el diodo funciona como una característica inversa.

Características de los Diodos de Potencia

Inicialmente, sin tensión de alimentación, la corriente directa es 0, pero a medida que la entrada de alimentación aumenta, y alcanza el valor umbral (de unos 0.7 V), una pequeña cantidad de corriente directa fluye a través del dispositivo. Una vez superado el valor umbral, se observa un aumento considerable de la corriente del diodo (a 1V), ya que comienza a conducir. En este caso, se observa un aumento lineal de la corriente directa cuando la tensión supera el umbral.

En el modo de polarización inversa, la corriente de fuga fluye a través del dispositivo, que es independiente del potencial aplicado, pero una vez que se alcanza la ruptura, incluso a una tensión aproximadamente constante, fluye una gran cantidad de corriente inversa.

¿Cuáles son los Tipos de Diodo de Potencia?

La clasificación de los diodos de potencia puede hacerse en función del tiempo de recuperación inversa, el proceso de fabricación y la penetración de la región de agotamiento en condiciones de polarización inversa.

Los diodos de potencia, en función del tiempo de recuperación inversa y del proceso de fabricación, se clasifican en tres tipos:

• Diodos de uso general
• Diodos de recuperación rápida
• Diodos Schottky

Diodos de Uso General

Estos poseen un Tiempo de Recuperación Inversa bastante alto, es decir, de unos 25 microsegundos. Este diodo se utiliza en aplicaciones de baja frecuencia, como la rectificación y los convertidores que funcionan casi hasta 1KHz. Su capacidad de corriente está entre 1 A y varios miles de amperios y su capacidad de tensión está entre 50 V y 5 KV.

Diodos de Recuperación Rápida

Presentan un Tiempo de Recuperación Inversa bastante bajo, es decir, de unos 5 microsegundos. Se utilizan principalmente en sistemas de conversión de energía eléctrica. Su capacidad de corriente oscila entre 1 A y varios miles de amperios y su capacidad de tensión oscila entre 50 V y 3 KV.

Diodos Schottky

En estos diodos, en lugar de la unión p-n, se forma una unión metal-semiconductor en la que generalmente se prefiere el aluminio como metal y el silicio como semiconductor. Su capacidad de corriente oscila entre 1 A y 300 A, mientras que la capacidad de tensión inversa es de unos 100 V.

¿Dónde se Utilizan los Diodos de Potencia?

Debido a las características de los diodos de potencia, éstos se utilizan principalmente como diodos de libre circulación, en sistemas de conversión de CA a CC y de CC a CA, rectificación, carga de baterías, etc. Además, los diodos de potencia también se utilizan en galvanoplastia, UPS, choppers, SMPS y calentamiento por inducción.

Diferencia Entre un Diodo y Diodo de Potencia

El diodo de potencia y los diodos normales tienen algunas disimilitudes que se describen aquí con el detalle.

Estructura:

• La estructura física del diodo de unión PN normal tiene una superficie igual de los lados P y N, pero en el diodo de potencia, una región está ampliamente dopada y la otra está menos dopada.
• El tamaño del diodo normal es pequeño y los diodos de potencia están disponibles en un tamaño mayor.
• Los diodos de potencia se construyen principalmente con componentes metálicos.

Tensión Nominal:

• Los diodos semiconductores normales se utilizan en los circuitos de menor potencia, por lo que funcionan con menos tensión.
• Los diodos de potencia se utilizan en dispositivos que funcionan con kilovoltios, por lo que su potencia es mayor.

Corriente Nominal:

• La corriente nominal de los diodos de potencia son superiores a los de los diodos normales. Los diodos de potencia funcionan en los circuitos que requieren una corriente de cientos de amperios.

Temperatura:

• Como los valores nominales de corriente y tensión de los diodos de potencia son más altos, tienen la capacidad de trabajar a una temperatura más alta. El diodo normal trabaja en condiciones de baja temperatura.

Costo:

Su precio es más elevado que el de los diodos normales, ya que los diodos de potencia ofrecen una característica adicional, como la capacidad de alta temperatura, etc.

Preguntas Frecuentes

Eso es todo en cuanto al diodo de potencia, si usted tiene alguna pregunta al respecto pregunte en los comentarios. Gracias por leer. Cuídate hasta el próximo tutorial.