DIODO Un diodo de unión se forma cuando una región tipo n en un cristal de Silicio es adyacente o
3.15 Hojas características del diodo.
Al utilizar un semiconductor, el proyectista debe disponer de información suficiente para seleccionar, en función de las tensiones y corrientes reales del circuito, predeterminadas por cálculo, el semiconductor más adecuado. Los parámetros que caracterizan las posibilidades de utilización de un semiconductor se clasifican en dos grupos diferentes:
• Los límites absolutos de utilización.
• Las magnitudes características o características de funcionamiento.
Los límites absolutos de utilización son parámetros relacionados con la fatiga del componente y, en general, no pueden ser medidos por el usuario ya que su determinación requiere un gran número de ensayos destructivos. Por el contrario, las características de funcionamiento se pueden medir en condiciones especificadas.
3.15.1 Límites absolutos de utilización.
Tal como se ha dicho, son determinados por el fabricante a partir de un gran número de ensayos y tomando en consideración la experiencia acumulada en ensayos precedentes y las leyes de cálculo de probabilidades. El fabricante garantiza para todos los semiconductores de un tipo el valor de un parámetro determinado. Sin embargo, debido a la dispersión inevitable de los resultados de fabricación, ciertos dispositivos del lote admitirían valores mucho más elevados sin fatiga exagerada. La dispersión es más importante para los semiconductores obtenidos por aleación que para los fabricados por difusión. Ejemplo típico de límite absoluto de utilización es el valor máximo del par de apriete a aplicar para alojar el semiconductor en su radiador. Es evidente que para definir su valor ha de procederse a un gran número de ensayos destructivos, tomando después un margen de seguridad razonable.
Los límites absolutos de utilización son definidos por las diferentes Normas. Sin embargo, el valor de ciertos parámetros depende mucho del circuito de medida utilizado y de las condiciones de medida. En algunos caso las definiciones no son comparables. Los principales límites de utilización son:
• El valor máximo del par de apriete.
• Las diferentes tensiones que puede soportar el diodo.
• La intensidad de corriente admisible en régimen permanente.
• El producto I2t.
• Los límites de temperatura de utilización y de almacenamiento.
3.15.2 Magnitudes características.
Los parámetros de este grupo pueden ser medidos por el usuario que puede imponer una especificación al fabricante. Para que estas características sean comparables deben precisarse las condiciones de medida: circuito utilizado, temperatura, etc.
En general el fabricante no garantiza el valor de una magnitud característica. Puede indicar valor máximo o mínimo en cuyo caso, garantiza dicho máximo o mínimo como valor límite de la magnitud característica. Si indica que se trata de un valor típico quiere decirse que se trata de un valor obtenido en la mayoría de los semiconductores de un lote pero que no está garantizado. Un valor típico no es forzosamente un valor medio.
La figura siguiente representa las características directa e inversa de un diodo de potencia y permite una representación gráfica condensada de los principales parámetros que se definen a continuación.
IFSM IFRM V (T0) g t I F 1º 2º t 0 F i(t) F V VR VRWM RSM RRM V v R(t) t I F = corriente directa
= c orriente directa de cresta repetitiva I
FRM
I FSM = c orriente directa de cresta no repetitiva V
R =tensión inversa
V RWM = tensión inversa de cresta de trabajo
V RRM
= tensión inversa de c resta repetitiva
V
RSM = tensión inversa de c resta norepetitiva.
3º 4º
Corrientes:
• IF (Forward current): Corriente directa. Es la corriente que circula a través del diodo de potencia en el
sentido de su menor resistencia.
• IFRM (Peak forward working current): Corriente directa de cresta repetitiva. Valor de cresta de la
corriente directa incluyendo todas las corrientes transitorias repetitivas.
• IFRMS (RMS forward current): Valor eficaz de la corriente directa. Valor eficaz de dicha corriente
sobre un período completo.
• IFAV (Mean forward current): Valor medio de la corriente directa. Valor medio de dicha corriente
integrado sobre un período completo.
• IOV (Overload forward current): Corriente directa de sobrecarga. Es una corriente directa cuya forma
es sensiblemente la misma que la de la corriente normal pero de amplitud más elevada. Se considera como "normal" la que circula a través del dispositivo en régimen permanente.
• IFSM (Surge forward current): Corriente impulsional de cresta no repetitiva. Valor de cresta de un
impulso de corriente de corta duración o de forma especificada.
• iF (Forward current (instantaneous value)): Valor instantáneo de la corriente directa.
• IFWM (Peak forward working current): Valor de cresta de trabajo de la corriente directa. Es el valor de
cresta de la corriente directa excluyendo todos los fenómenos transitorios.
• IFRM (Repetitive peak forward current): Valor de cresta repetitivo de la corriente directa. Valor de cresta
de la corriente directa incluyendo fenómenos transitorios debidos a la conmutación en el circuito, descarga de condensadores, etc.
• I2t: I cuadrado t. Es el contenido medido en A2s de un único impulso de corriente directa no
sinusoidal de corriente directa de duración especificada (10 ms o menos); las condiciones de definición de este impulso son las mismas que las establecidas para IFSM máx.
• I2t1/2: (I cuadrado raíz de t). Término de creación reciente que describe un parámetro más
adecuado que el I2t para la coordinación de protecciones entre semiconductores y fusibles de
acción ultrarápida.
• dif/dt (Rate of fall of the forward current (diode)): Gradiente de decrecimiento de la corriente directa.
Valor más elevado del gradiente de disminución de la corriente directa que un diodo de potencia puede experimentar durante un ensayo o para la definición de un parámetro determinado.
• IR (Reverse current): Corriente inversa. Corriente continua que atraviesa el dispositivo en la dirección
de mayor resistencia, tal como aparece en la característica estática inversa.
• IRM (Peak reverse recovery current): Corriente inversa de cresta. Valor máximo o de cresta de la
corriente inversa.
• IRRM (Peak reverse recovery current): Corriente inversa de cresta repetitiva. Valor de cresta de la
corriente inversa que circula a través del diodo de potencia en la dirección de su más elevada resistencia cuando se le aplica la tensión inversa de cresta repetitiva.
• IRSM (Maximum permissible non-repetitive peak reverse current (avalanche diodes): Corriente inversa de cresta
no repetitiva. Valor de cresta de la corriente inversa a través del diodo de potencia cuando se le aplica la tensión inversa de cresta no repetitiva.
Tensiones:
• V(BR)R (Avalanche breakdown voltage): Tensión inversa de perforación. Nivel de tensión inversa, a una
temperatura determinada de la unión, para el cual con un diodo de avalancha controlada, aparece la corriente de avalancha. El semiconductor puede no sufrir daños si la potencia disipada en inverso es conservada dentro de los límites admisibles.
• VR (Continous reverse voltage): Tensión inversa continua. Valor de la tensión continua inversa tal como
aparece en la característica estática inversa del diodo de potencia. Un diodo de avalancha controlada no debe perforarse cuando está sometido a la tensión inversa máxima admisible VR máx..
• VRWM (Crest working reverse voltage): Tensión inversa de cresta de trabajo. Es el valor instantáneo más
elevado de tensión inversa aplicada al diodo de potencia excluyendo las tensiones de tipo transitorio repetitivas y no repetitivas. Un diodo de avalancha controlada no debe perforarse cuando está sometido a la tensión inversa máxima admisible VRWM máx..
• VRRM (Repetitive peak reverse voltage): Tensión inversa de cresta repetitiva. Es el valor instantáneo más
elevado de la tensión inversa aplicada al diodo de potencia incluyendo todas las tensiones de tipo transitorio repetitivas pero excluyendo las no repetitivas.
• VRSM (Non-repetitive peak reverse voltage): Tensión inversa de cresta no repetitiva. Es el valor
instantáneo de las tensiones inversas de tipo transitorio aplicadas al diodo de potencia pero no repetitivas.
• VF (Continous forward voltage): Caída de tensión directa. Es la tensión continua entre terminales del diodo que resulta como consecuencia de la circulación de corriente en el sentido directo a través del mismo a una temperatura de la unión especificada.
• VFM: Caída de tensión directa de cresta. Es el valor instantáneo más elevado de la caída de tensión
directa.
• VFAV: Caída de tensión directa (valor medio). Es el valor medio durante un ciclo completo de la
• V(TO) (Threshold voltage): Tensión de umbral. Es el valor de la tensión obtenido en la intersección
del eje de abscisas y la recta que representa aproximadamente la característica directa del diodo de potencia.
• rT (On-state slope resistance, forward slope resistance): Resistencia diferencial. Es el valor de la resistencia
calculado a partir de la pendiente de la recta usada para la obtención de la tensión de umbral. Puede definirse como la derivada de la característica VF = f(IF) para el punto IFAV máx..
• PFAV(máx.) (Mean forward power dissipation): Valor medio máximo de las pérdidas de potencia directas.
Valor medio de la potenica disipada en el diodo de potencia con la caída de tensión directa máxima, un ángulo de conducción y una forma de onda especificadas.
Conmutación:
• tfr (Forward recovery time): Tiempo de recuperación directo. Intervalo de tiempo, bajo determinadas
condiciones de circuito y forma de onda de tensión, necesario para que el dispositivo semiconductor alcance su estado de plena conducción cuando pasa de polarización inversa a polarización directa.
• trr (Reverse recovery time): Tiempo de recuperación inverso. Intervalo de tiempo bajo determinadas
condiciones de circuito y forma de onda de tensión, necesario para que el dispositivo semiconductor recupere su total capacidad de bloqueo respecto a una tensión inversa, cuando pasa de polarización directa a inversa. Puede definirse igualmente como el tiempo requerido para que la corriente inversa alcance un valor especificado después del paso o conmutación desde unas condiciones especificadas de corriente directa a unas condiciones definidas de polarización inversa. Este tiempo depende del valor de cresta de la corriente conmutada, de su gradiente de disminución de esta corriente y de las condiciones del circuito. El tiempo de recuperación inversa es la suma del tiempo de almacenamiento y del tiempo de caída trr = ts + tf.
• ts (Cycle time): Tiempo de almacenamiento. Es el intervalo de tiempo entre el instante en que la
corriente principal llega a cero y el instante en que la corriente de recuperación alcanza su valor máximo.
• irr (Reverse recovery current): Corriente inversa de recuperación. Corriente inversa que fluye a través
del diodo en sentido inverso antes de que aquel recupere su capacidad de bloqueo de una tensión inversa.
• irrm (Peak reverse recovery current): Corriente inversa de cresta, de recuperación. Es el valor máximo de
irr.
• Qs (Recovered charge): Carga de recuperación. Es la carga eléctrica recuperada en un diodo de
potencia cuando es conmutado de unas condiciones especificadas de corriente directa a unas condiciones determinadas de polarización inversa. Para efectos de evaluación, la carga de recuperación puede ser calculada por la expresión Qs = (irr/2)trr.
Magnitudes térmicas:
• TJ (Junction temperature): Temperatura de funcionamiento de la unión. Es el valor instantáneo de la
temperatura virtual de la unión en el dispositivo semiconductor condicionada a la temperatura ambiente y a las condiciones de corriente de carga.
• Tstg (Storage temperature range): Temperatura de almacenamiento. Es la temperatura a la cual el
dispositivo semiconductor puede ser almacenado sin daño.
• Tcase (Case temperature): Temperatura de la caja. Es la temperatura de la caja del dispositivo en
condiciones de carga especificadas y medida en un punto de referencia especificado. El punto de referencia es, en general, el centro de uno de los lados del hexágono de la caja en contacto con el radiador. En el caso de caja plana no hexagonal se toma la temperatura de la parte inferior de la base.
• TA (Ambient temperature): Temperatura ambiente. Temperatura en las inmediaciones del dispositivo,
determinada en condiciones especificadas.
• R(th) (Thermal resistance): Resistencia térmica. Es el cociente de la diferencia de temperatura entre dos
puntos o regiones especificados por la potencia disipada en condiciones de equilibrio térmico.
• R(th)JC (Thermal resistance junction to case): Resistencia térmica unión-caja.
• R(th)CH (Contact thermal resistance case to heatsink 1): Resistencia térmica caja-radiador.
• R(th)HA (Thermal resistance heatsink to ambient air): Resistencia térmica radiador-ambiente.
• R(th)JA (Thermal resistance junction to ambient air): Resistencia térmica unión-ambiente.
• Z(th)(Transient thermal impedance): Impedancia térmica transitoria. Es el cociente entre el cambio o
incremento de temperatura entre dos puntos o regiones especificadas al final de un intervalo de tiempo y el escalón de potencia disipada producido al principio del mismo intervalo de tiempo y que da origen a aquel cambio de temperatura.
• Z(th)JC (Transient thermal impedance junction to case): Impedancia térmica transitoria unión-caja.
• Z(th)JA (Thermal resistance junction to ambient air): Impedancia térmica transitoria unión-ambiente.
Potencia disipada:
• Ptot (Total power dissipation): Potencia media disipada total. Suma de la potencia disipada directa e
inversa considerando su valor medio sobre un período completo.
• PRAV (Mean reverse power dissipation (thyr.)): Potencia inversa disipada, valor medio. Es el valor medio
considerado sobre un período completo de la potencia disipada en un diodo de avalancha controlada funcionando repetitivamente en la zona de avalancha. El valor nominal de PRAVmáx.
impone un límite superior a la pérdida de potencia inversa media admisible, para un valor determinado de la temperatura de la unión y que es disipada en el semiconductor funcionando en c.a. en la zona de avalancha y a una frecuencia determinada.
• PRRM (Peak repetitive reverse power dissipation): Potencia de cresta inversa repetitiva. Es la amplitud de
una onda de potencia rectangular disipada en un diodo de avalancha controlada operando en la región de avalancha repetitivamente. Existe un valor límite PRRMmáx. definido como anteriormente.
• PRSM (Non-repetitive peak reverse power dissipation): Potencia de cresta inversa no repetitiva. Es la
amplitud de un solo impulso no repetitivo de potencia, rectangular, disipado en un diodo de avalancha controlada funcionando en la región de avalancha. Existe un valor límite PRSMmáx.
definido como anteriormente.