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🤓 Los DIODOS CONECTADOS en SERIE

Esquema de conexión de diodos en serie

✋   En muchas aplicaciones de alto voltaje (por ejemplo, líneas de transmisión de corriente directa en alto voltaje (HVDC), un diodo de los que se consiguen en el mercado no puede cumplir con las especificaciones de voltaje, y los diodos se conectan en serie para aumentar sus posibilidades de bloqueo inverso.

👉  Consideremos dos diodos conectados en serie, como se ve en el circuito de la siguiente figura (a). 


Circuito de dos diodos conectados en serie con polarización en sentido inverso 


👧  Las variables ID y vD son la corriente y el voltaje, respectivamente, en sentido directo; vD1 y vD2  son los voltajes en sentido inverso compartidos de los diodos D1 y D2, respectivamente. En la práctica, las características v-i en diodos de un mismo tipo difieren, debido a las tolerancias de sus procesos de producción. En la figura (b) se ven dos características v-i para tales diodos. En la condición de polarización directa, ambos diodos conducen la misma cantidad de corriente, y la caída de voltaje de cada diodo en sentido directo sería casi igual. Sin embargo, en la condición de bloqueo inverso, cada diodo debe conducir la misma corriente de fuga, y en consecuencia los voltajes de bloqueo pueden ser distintos en forma apreciable.

👉Una solución sencilla para este problema es, como se ve en la siguiente imagen (a), forzar la partición a voltajes iguales conectando un resistor en paralelo con cada diodo


Esquema de diodos conectados en serie con características de voltaje de estado estable compartido


✌  Debido a la partición igual de voltajes, la corriente de fuga de cada diodo sería distinta, lo cual se ve en la anterior figura (b). Como la corriente total de fuga debe compartirse por un diodo y su resistor,

Is = Is1 + IR1 = Is2 + IR2

💥  Sin embargo, IR1 = VD1 / R1 , e IR2 = VD2 / R2 = VD1 / R2 . Esta ecuación determina la relación entre R1 y R2, para voltajes compartidos iguales, que es:

Is1 + VD1 / R1 = Is2 + VD1 / R2

Si las resistencias son iguales, entonces R = R1 = R2, y los voltajes en los dos diodos serían un poco diferentes, dependiendo de las desigualdades entre las dos características v-i. Los valores de VD1 y VD2 se pueden determinar con las ecuaciones anteriores  quedando a continuación:  👇

Is1 + VD1 / R = Is2 + VD2 / R       

VD1 + VD2 = Vs

Los voltajes compartidos bajo condiciones transitorias (por ejemplo, debidas a cargas conmutantes,y las aplicaciones iniciales del voltaje de entrada) se obtienen conectando condensadores en paralelo con cada diodo, como se ve en la siguiente imagen. 

Esquema de diodos en serie con redes de voltaje compartido bajo condiciones de estado estable y estado transitorio

RS limita la velocidad de aumento del voltaje de bloqueo. 

Ejemplo práctico. Determinación de resistores para compartir voltaje

Se conectan dos diodos en serie, como vimos en la figura anterior, para compartir un voltaje total de corriente continua (cd) en sentido inverso de VD = 5kV. Las corrientes de fuga inversas de los dos diodos son Is1 = 30 mA e Is2 = 35 mA. 

a) Determinar los voltajes de diodo, si las resistencias de voltaje compartido son iguales, 
R1 = R2 = 100k Ω. 

b) Determinar las resistencias de voltaje compartido R1 y R2 para que los voltajes en los diodos sean iguales, VD1 = VD2 = VD / 2 . 

c) Usar PSpice para comprobar los resultados del apartado (a). Los parámetros del modelo PSpice de los diodos son BV = 3 kV a IS = 30 mA para el diodo D1, e IS = 35 mA para el diodo D2.

Solución

a) Is1 30 mA, Is2 = 35 mA y R1 = R2 = R = 100k Ω.  - VD = - VD1 – VD2 , es decir:
VD2 = VD – VD1. De la ecuación vista anteriormente podemos exponer,

Is1 + VD1 / R = Is2 + VD2 / R

Sustituyendo VD2 = Vd – VD1 y despejando el voltaje del diodo D1 se llega a

VD1 = VD / 2 + R / 2(Is2 – Is1) = 5kV / 2 + 100k Ω / 2(35 x 10-3 – 30 x 10-3) = 2750 V

VD2 = VD – VD1 = 5kV – 2750 = 2250V.

b) Is1 = 30 mA, Is2 = 35 mA y VD1 = VD2 = VD / 2 = 2.5 kV. De acuerdo con la ecuación explicada anteriormente, 

Is1 + VD1 / R1 = Is2 + VD2 / R2

donde se obtiene la resistencia R2 para un valor conocido de R1 como sigue:

R2 = VD2 R1 / VD1 – R1(Is2 – Is1)

Suponiendo que R1 = 100 k , se obtiene

R2 = 2,5kV x 100k Ω / 2,5kV – 100k Ω x (35 x 10-3 – 30 x 10-3) = 125k


c) El circuito con diodos para simulación con PSpice se ve en la siguiente imagen. El archivo del circuito es el siguiente:  👇

Circuito de diodo para simulación con PSpice


Nota: SPICE proporciona los mismos voltajes que los esperados. Se inserta una pequeña resistencia 
R = 10 m para evitar un error de SPICE por un lazo de voltaje con resistencia cero.

Resumiendo los puntos claves de este post


Cuando se conectan en serie diodos del mismo tipo, no comparten el mismo voltaje inverso, por la falta de coincidencia en sus curvas características v-i. Las redes de voltaje compartido se necesitan para igualar las repeticiones de voltaje.

💥   En la próxima publicación vamos a ver el estudio de los diodos conectados en paralelo.

Escrito por Archie Tecnology

5 comentarios:

  1. Muy buena información, enhorabuena

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  2. Me gustan mucho vuestras publicaciones, son muy útiles para mí estudio

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    1. Muchas gracias por su confianza y apoyo. Encantados que nuestras publicaciones sean de vuestro interés.

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  3. Muy buena información, clara y concisa

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