CARACTERÍSTICAS DE RECUPERACIÓN INVERSA DE LOS DIODOS SEMICONDUCTORES

Diodos semiconductores de potencia

La corriente, en un diodo de unión con polarización directa, se debe al efecto neto de los portadores de mayoría y de minoría. Una vez que un diodo está en modo de conducción directa, y a continuación su corriente en sentido directo se reduce a cero (por el comportamiento natural del circuito del diodo, o por la aplicación de un voltaje en sentido inverso), el diodo continúa conduciendo, por los portadores de minoría que quedan almacenados en la unión PN y en la masa del material semiconductor. Los portadores de minoría requieren determinado tiempo para recombinarse con cargas opuestas y quedar neutralizados. A este tiempo se le llama tiempo de recuperación en sentido inverso, o tiempo de recuperación inversa del diodo. La figura siguiente muestra dos curvas características de recuperación inversa de diodos de unión. 

Características de recuperación de los diodos en sentido inverso

El tipo de recuperación suave es el más común. El tiempo de recuperación inversa se representa por t_rr y se mide a partir del cruce inicial de la corriente en el diodo con cero, hasta que la corriente en sentido inverso llega el 25% de su valor máximo (o pico), I_RR . El t_rr está formado por dos componentes, t_a y t_b . El t_a variable se debe al almacenamiento de cargas en la región de agotamiento de la unión, y representa el tiempo desde el cruce con cero hasta el pico en sentido de corriente en sentido inverso I_RR. El t_b se debe al almacenamiento de carga en la masa del material semiconductor. La razón t_b / t_a se llama factor de suavidad (SF, de sus siglas en inglés softness factor). Para fines prácticos uno debe ocuparse del tiempo total de recuperación t_rr y del valor pico de la corriente en sentido inverso I_{RR .}

t_rr = t_a + t_b

La corriente pico en sentido inverso se puede expresar en función de di / dt en sentido inverso como sigue :

  I_RR  = t_a ( di / dt )

El tiempo de recuperación inversa t_rr , se puede definir como el intervalo de tiempo entre el instante

en que la corriente pasa por cero durante el cambio de conducción directa a la condición de bloqueo inverso, y el momento en que la corriente en sentido inverso ha bajado hasta el 25% de su valor pico I_RR  . La variable t_rr , depende de la temperatura de la unión, de la velocidad de caída de la

corriente en sentido directo, así como la corriente en sentido directo antes de la conmutación, I_F.

La carga de recuperación inversa Q_RR es la cantidad de portadores de carga que atraviesan al diodo en el sentido dirección inverso, debido a un cambio de conducción directa a una condición de bloqueo inverso. Su valor se determina con el área encerrada por la trayectoria de la corriente de recuperación inversa.

La carga de almacenamiento, que es el área encerrada por la trayectoria de la corriente de la curva de recuperación es, en forma aproximada,

Q_RR = ½( I_RRt_a) + ½(I_RRt_b) = ½(I_RRt_rr)

es decir,

I_RR = 2Q_RR/t_rr

Se iguala I_RR en la ecuación anterior con I_RR en la siguiente se obtiene

t_rrt_a = 2Q_RR/(di/dt)

Si t_b es despreciable en comparación con t_a , lo cual suele ser el caso, entonces t_rr = t_a y la ecuación entonces se convierte en

Ecuación del tiempo de recuperación inversa

y

Ecuación de la corriente en sentido inverso

Se puede notar en las anteriores ecuacıones que el tiempo de recuperación inversa t_rr y la corriente pico de recuperación inversa I_RR dependen de la carga de almacenamiento Q_RR y de la di/dt inversa (o reaplicada). La carga de almacenamiento depende de la corriente de diodo en sentido directo I_F. La corriente pico de recuperación inversa I_RR, la carga en sentido inverso Q_RR y el FS (factor de suavidad) tienen interés para el diseñador del circuito, y esos parámetros se incluyen con frecuencia en las hojas de especificaciones de los diodos.

Si un diodo está en condición de polarización inversa, pasa una corriente de fuga, debida a los portadores de minoría. En ese caso, la aplicación de un voltaje en sentido directo forzaría a que

el diodo condujera la corriente en sentido directo. Sin embargo, se requiere de cierto tiempo llamado tiempo de recuperación directa (o tiempo de activación, o tiempo de encendido) para que todos

los portadores de mayoría en toda la unión puedan contribuir al flujo de la corriente. Si la velocidad de aumento de la corriente en sentido directo es alta, y esa corriente se concentra en un área pequeña de la unión, puede ser que falle el diodo. Así, el tiempo de recuperación directa limita la

velocidad de aumento de la corriente en sentido directo, y la velocidad de conmutación.

Ejemplo del cálculo de la corriente de recuperación inversa

El tiempo de recuperación inversa de un diodo es T_rr, y la velocidad de caída de la corriente por el

diodo es di/dt = 30A/µs. Determinar: 

a) la carga Q_RR de almacenamiento y 

b) la corriente pico en sentido inverso I_RR

Solución

t_rr = 3 µs, y di/dt = 30A/µs.

a. De acuerdo con la ecuación anterior,

Solución (a)

b. De acuerdo con la ecuación anterior,

Solución (b)

Resumiendo los puntos claves de este tema veamos lo siguiente:

Durante el tiempo de recuperación inversa t_rr , el diodo se comporta en forma eficaz como cortocircuito, y no es capaz de bloquear el voltaje en sentido inverso, y deja pasar la corriente en sentido inverso; después, de repente interrumpe la corriente. El parámetro t_{rr ,} es importante en las aplicaciones de conmutación.

Escrito por Archie Tecnology

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