La mejor respuesta
Una aplicación ampliamente utilizada de esta función y los diodos en general es la conversión de un voltaje alterno (CA) en un voltaje continuo. voltaje (DC). En otras palabras, Rectificación.
Pero los diodos de señal pequeños también se pueden usar como rectificadores en rectificadores o aplicaciones de baja potencia y baja corriente (menos de 1 amperio), pero donde las corrientes de polarización directa más grandes o reversa más alta Los voltajes de bloqueo de polarización están involucrados, la unión PN de un pequeño diodo de señal eventualmente se sobrecalentaría y derretiría, por lo que en su lugar se usarían diodos de potencia más grandes y más robustos.
El diodo semiconductor de potencia, conocido simplemente como diodo de potencia, tiene una gran área de unión PN más grande en comparación con su primo diodo de señal más pequeño, lo que resulta en una alta capacidad de corriente directa de hasta varios cientos de amperios (KA) y un voltaje de bloqueo inverso de hasta varios miles de voltios (KV).
Dado que el diodo de potencia tiene una unión PN grande, no es adecuado para aplicaciones de alta frecuencia por encima de 1 MHz, pero se encuentran disponibles diodos de alta frecuencia y alta corriente especiales y costosos. Para aplicaciones de rectificador de alta frecuencia, los diodos Schottky se utilizan generalmente debido a su corto tiempo de recuperación inversa y baja caída de voltaje en su condición de polarización directa.
Los diodos de potencia proporcionan rectificación incontrolada de potencia y se utilizan en aplicaciones como la carga de baterías y fuentes de alimentación de CC, así como rectificadores e inversores de CA. Debido a sus características de alta corriente y voltaje, también se pueden usar como diodos de rueda libre y redes amortiguadoras.
Los diodos de potencia están diseñados para tener una resistencia «ON» directa de fracciones de ohmios mientras que su bloqueo inverso la resistencia está en el rango de megaohmios. Algunos de los diodos de potencia de mayor valor están diseñados para ser «montados con pernos» en disipadores de calor, reduciendo su resistencia térmica entre 0,1 y 1oC / Watt.
Si se aplica una tensión alterna a través de un diodo de potencia, durante el positivo medio ciclo, el diodo conducirá la corriente de paso y durante el medio ciclo negativo, el diodo no conducirá bloqueando el flujo de corriente. Entonces, la conducción a través del diodo de potencia solo ocurre durante el semiciclo positivo y por lo tanto es unidireccional, es decir, CC como se muestra.
Rectificador de diodo de potencia
Rectificador de diodo de potencia
Potencia Los diodos se pueden utilizar individualmente como se indicó anteriormente o se pueden conectar juntos para producir una variedad de circuitos rectificadores, como “Media onda”, “Onda completa” o como “Rectificadores de puente”. Cada tipo de circuito rectificador se puede clasificar como no controlado, medio controlado o totalmente controlado, donde un rectificador no controlado utiliza solo diodos de potencia, un rectificador totalmente controlado utiliza tiristores (SCR) y un rectificador medio controlado es una mezcla de diodos y tiristores.
El diodo de potencia individual más comúnmente utilizado para aplicaciones de electrónica básica es el diodo rectificador de tipo pasivado de vidrio de la serie 1N400x de uso general con clasificaciones estándar de corriente rectificada directa continua de 1.0 amperios y clasificaciones de voltaje de bloqueo inverso de 50v para el 1N4001 hasta 1000v para el 1N4007, siendo el pequeño 1N4007GP el más popular para rectificación de voltaje de red de propósito general.
Rectificación de media onda
Un rectificador es un circuito que convierte la corriente alterna ( CA) en una potencia de salida de corriente continua (CC). La fuente de alimentación de entrada puede ser monofásica o multifásica, siendo el más simple de todos los circuitos rectificadores el del rectificador de media onda.
El diodo de potencia en un circuito rectificador de media onda pasa solo la mitad de cada onda sinusoidal completa de la fuente de CA para convertirla en una fuente de CC. Entonces, este tipo de circuito se denomina rectificador de «media onda» porque pasa solo la mitad de la fuente de alimentación de CA entrante, como se muestra a continuación.
Circuito rectificador de media onda
media onda circuito rectificador
Durante cada semiciclo «positivo» de la onda sinusoidal de CA, el diodo está polarizado hacia adelante ya que el ánodo es positivo con respecto al cátodo, lo que hace que la corriente fluya a través del diodo.
Dado que la carga de CC es resistiva (resistencia, R), la corriente que fluye en la resistencia de carga es, por lo tanto, proporcional a la tensión (Ley de Ohm), y la tensión a través de la resistencia de carga será, por tanto, la misma que la tensión de alimentación. , Vs (menos Vf), es decir, el voltaje «CC» a través de la carga es sinusoidal solo durante el primer medio ciclo, por lo que Vout = Vs.
Durante cada medio ciclo «negativo» de la forma de onda de entrada sinusoidal de CA , el diodo tiene polarización inversa ya que el ánodo es negativo con respecto al cátodo. Por lo tanto, NO fluye corriente a través del diodo o circuito. Luego, en el semiciclo negativo de la fuente, no fluye corriente en la resistencia de carga ya que no aparece voltaje a través de ella, por lo tanto, Vout = 0.
La corriente en el lado de CC del circuito fluye en una dirección solo haciendo que el circuito sea unidireccional.A medida que la resistencia de carga recibe del diodo una mitad positiva de la forma de onda, cero voltios, una mitad positiva de la forma de onda, cero voltios, etc., el valor de este voltaje irregular sería igual en valor a un voltaje de CC equivalente de 0.318 x Vmax. de la forma de onda sinusoidal de entrada o 0,45 x Vrms de la forma de onda sinusoidal de entrada.
Luego, el voltaje CC equivalente, V CC a través de la resistencia de carga se calcula de la siguiente manera.
Forma de onda del rectificador de media onda
Ecuación de voltaje de CC rectificado
Donde Vmax es el valor de voltaje máximo o pico del suministro sinusoidal de CA, y VS es el valor RMS (Raíz al cuadrado medio) del suministro.
Ejemplo de diodo de potencia No1
Calcule el voltaje en VCC y el IDC de corriente, que fluye a través de una resistencia de 100 Ω conectada a un rectificador de media onda monofásico de 240 Vrms como se muestra arriba. También calcule la potencia de CC consumida por la carga.
Ecuación de corriente de los diodos de potencia
Durante el proceso de rectificación, la tensión y la corriente de CC de salida resultantes están, por lo tanto, «ON» y «OFF» durante cada ciclo. Como el voltaje a través de la resistencia de carga solo está presente durante la mitad positiva del ciclo (50\% de la forma de onda de entrada), esto da como resultado que se suministre a la carga un valor de CC promedio bajo.
La variación de la forma de onda de salida rectificada entre esta condición de «ON» y «OFF» produce una forma de onda que tiene grandes cantidades de «ondulación», lo cual es una característica indeseable. La ondulación de CC resultante tiene una frecuencia que es igual a la de la frecuencia de suministro de CA.
Muy a menudo, cuando rectificamos una tensión alterna, deseamos producir una tensión de CC «constante» y continua libre de variaciones de tensión o onda. Una forma de hacer esto es conectar un condensador de gran valor a través de los terminales de voltaje de salida en paralelo con la resistencia de carga como se muestra a continuación. Este tipo de condensador se conoce comúnmente como «depósito» o condensador de suavizado.
Rectificador de media onda con capacitor de suavizado
diodo de potencia con capacitor de suavizado
Cuando La rectificación se utiliza para proporcionar una fuente de alimentación de voltaje directo (CC) desde una fuente alterna (CA), la cantidad de voltaje de ondulación se puede reducir aún más mediante el uso de capacitores de mayor valor, pero existen límites tanto en el costo como en el tamaño de los tipos de capacitores de suavizado.
Para un valor de condensador dado, una mayor corriente de carga (menor resistencia de carga) descargará el condensador más rápidamente (constante de tiempo RC) y por lo tanto aumentará la ondulación obtenida. Luego, para un circuito rectificador monofásico de media onda que usa un diodo de potencia, no es muy práctico intentar reducir el voltaje de ondulación solo mediante el suavizado del capacitor. En este caso, sería más práctico utilizar «Rectificación de onda completa» en su lugar.
En la práctica, el rectificador de media onda se utiliza con mayor frecuencia en aplicaciones de baja potencia debido a que sus principales desventajas son. La amplitud de salida es menor que la amplitud de entrada, no hay salida durante el semiciclo negativo, por lo que se desperdicia la mitad de la energía y la salida es CC pulsada, lo que genera una ondulación excesiva.
Para superar estas desventajas, se utilizan varios Los diodos de potencia se conectan entre sí para producir un rectificador de onda completa como se explica en el siguiente tutorial.
Respuesta
Un diodo de potencia es un dispositivo semiconductor cristalino que se utiliza principalmente para convertir corriente alterna (CA) a corriente continua (CC), un proceso conocido como rectificación. Encontrado en los circuitos de suministro de energía de prácticamente todos los equipos eléctricos y electrónicos de hoy en día, la función de un diodo de potencia es similar a una válvula mecánica unidireccional. Conduce corriente eléctrica con una resistencia mínima en una dirección, conocida como su dirección de avance, al tiempo que evita que la corriente fluya en la dirección opuesta. Por lo general, pueden pasar hasta varios cientos de amperios hacia adelante, los diodos de potencia tienen uniones PN mucho más grandes y, por lo tanto, una mayor capacidad de carga de corriente directa que sus parientes de diodos de señal más pequeños utilizados en electrónica de consumo para regular y reducir Esto hace que los diodos de potencia sean más adecuados para aplicaciones en las que intervienen corrientes y voltajes más elevados.