Melhor resposta
Uma aplicação amplamente usada deste recurso e diodos em geral é na conversão de uma tensão alternada (AC) em um contínuo tensão (DC). Em outras palavras, retificação.
Mas pequenos diodos de sinal também podem ser usados como retificadores em retificadores ou aplicações de baixa potência e baixa corrente (menos de 1 ampere), mas onde correntes de polarização direta maiores ou reverso mais alto tensões de bloqueio de polarização estão envolvidas, a junção PN de um pequeno diodo de sinal acabaria superaquecendo e derretendo, portanto, diodos de potência maiores e mais robustos são usados.
O diodo semicondutor de potência, conhecido simplesmente como diodo de potência, tem uma maior área de junção PN em comparação com seu primo de diodo de sinal menor, resultando em uma alta capacidade de corrente direta de até várias centenas de amperes (KA) e uma tensão de bloqueio reversa de até vários milhares de volts (KV).
Como o diodo de potência tem uma grande junção PN, não é adequado para aplicações de alta frequência acima de 1 MHz, mas estão disponíveis diodos de alta corrente e alta frequência especiais e caros. Para aplicações de retificador de alta frequência, os diodos Schottky são geralmente usados devido ao seu curto tempo de recuperação reversa e baixa queda de tensão em sua condição de polarização direta.
Os diodos de energia fornecem retificação descontrolada de energia e são usados em aplicações como carregamento de bateria e fontes de alimentação DC, bem como retificadores e inversores AC. Devido às suas características de alta corrente e tensão, eles também podem ser usados como diodos de roda livre e redes de amortecimento.
Os diodos de energia são projetados para ter uma resistência “LIGADA” direta de frações de um Ohm enquanto bloqueiam reversamente a resistência está na faixa de mega-Ohms. Alguns dos diodos de potência de maior valor são projetados para serem “montados com pinos” em dissipadores de calor, reduzindo sua resistência térmica entre 0,1 a 1oC / Watt.
Se uma tensão alternada for aplicada em um diodo de potência, durante o positivo meio ciclo o diodo conduzirá a corrente de passagem e durante o meio ciclo negativo o diodo não conduzirá bloqueando o fluxo da corrente. Então a condução através do diodo de potência ocorre apenas durante o meio ciclo positivo e, portanto, é unidirecional, ou seja, CC, conforme mostrado.
Retificador de diodo de potência
retificador de diodo de potência diodos podem ser usados individualmente como acima ou conectados juntos para produzir uma variedade de circuitos retificadores, como “Half-Wave”, “Full-Wave” ou como “Bridge Rectifiers”. Cada tipo de circuito retificador pode ser classificado como não controlado, meio controlado ou totalmente controlado, onde um retificador não controlado usa apenas diodos de energia, um retificador totalmente controlado usa tiristores (SCRs) e um retificador meio controlado é uma mistura de diodos e tiristores.
O diodo de potência individual mais comumente usado para aplicações eletrônicas básicas é o diodo de retificação do tipo passivado de vidro da série 1N400x de uso geral com classificações padrão de corrente retificada direta contínua de 1,0 ampere e classificações de tensão de bloqueio reverso de 50v para o 1N4001 até 1000 V para o 1N4007, com o pequeno 1N4007GP sendo o mais popular para retificação de tensão de alimentação geral.
Retificação de meia onda
Um retificador é um circuito que converte a corrente alternada ( Energia de entrada CA em uma energia de saída de corrente contínua (CC). A fonte de alimentação de entrada pode ser monofásica ou multifásica, sendo o mais simples de todos os circuitos retificadores o retificador de meia onda.
O diodo de potência em um circuito retificador de meia onda passa apenas a metade de cada onda senoidal completa da fonte CA para convertê-la em uma fonte CC. Então, este tipo de circuito é chamado de retificador de “meia onda” porque ele passa apenas metade da fonte de alimentação CA de entrada, conforme mostrado abaixo.
Circuito retificador de meia onda
meia onda circuito retificador
Durante cada meio ciclo “positivo” da onda senoidal CA, o diodo é polarizado diretamente, pois o ânodo é positivo em relação ao cátodo, resultando na corrente fluindo através do diodo.
Uma vez que a carga DC é resistiva (resistor, R), a corrente que flui no resistor de carga é, portanto, proporcional à tensão (Lei de Ohm), e a tensão através do resistor de carga será, portanto, a mesma que a tensão de alimentação , Vs (menos Vf), ou seja, a tensão “DC” através da carga é senoidal para o primeiro meio ciclo apenas, então Vout = Vs.
Durante cada meio ciclo “negativo” da forma de onda de entrada sinusoidal AC , o diodo é polarizado reversamente, pois o ânodo é negativo em relação ao cátodo. Portanto, NO flui corrente através do diodo ou circuito. Então, no meio ciclo negativo da alimentação, nenhuma corrente flui no resistor de carga, pois nenhuma tensão aparece através dele, portanto, Vout = 0.
A corrente no lado CC do circuito flui em uma direção apenas tornando o circuito Unidirecional.Como o resistor de carga recebe do diodo uma metade positiva da forma de onda, zero volts, uma metade positiva da forma de onda, zero volts, etc, o valor desta tensão irregular seria igual em valor a uma tensão DC equivalente de 0,318 x Vmax da forma de onda senoidal de entrada ou 0,45 x Vrms da forma de onda senoidal de entrada.
Então, a tensão CC equivalente, VCC através do resistor de carga é calculada da seguinte maneira.
Forma de onda do retificador de meia onda
equação da tensão CC retificada
Onde Vmax é o valor máximo ou de pico da tensão da fonte senoidal CA e VS é o valor RMS (Root Mean Square) da fonte.
Exemplo de diodo de potência No1
Calcule a tensão entre VDC e a corrente IDC, fluindo através de um resistor de 100Ω conectado a um retificador de meia onda monofásico de 240 Vrms como mostrado acima. Calcule também a energia DC consumida pela carga.
Equação da corrente dos diodos de energia
Durante o processo de retificação, a tensão e a corrente DC de saída resultantes são, portanto, “ON” e “OFF” durante cada ciclo. Como a tensão através do resistor de carga está presente apenas durante a metade positiva do ciclo (50\% da forma de onda de entrada), isso resulta em um valor de CC médio baixo sendo fornecido para a carga.
A variação de a forma de onda de saída retificada entre esta condição “LIGADA” e “DESLIGADA” produz uma forma de onda que tem grandes quantidades de “ondulação”, o que é um recurso indesejável. A ondulação CC resultante tem uma frequência igual à frequência de alimentação CA.
Muitas vezes, ao retificar uma tensão alternada, desejamos produzir uma tensão CC “estável” e contínua, livre de quaisquer variações de tensão ou ondulação. Uma maneira de fazer isso é conectar um capacitor de grande valor nos terminais de tensão de saída em paralelo com o resistor de carga, conforme mostrado abaixo. Este tipo de capacitor é comumente conhecido como “Reservatório” ou Capacitor de suavização.
Retificador de meia onda com capacitor de suavização
diodo de potência com capacitor de suavização
Quando retificação é usada para fornecer uma fonte de alimentação de tensão contínua (DC) de uma fonte alternada (AC), a quantidade de tensão ondulada pode ser ainda mais reduzida usando capacitores de valor maior, mas há limites de custo e tamanho para os tipos de capacitores de suavização usado.
Para um dado valor de capacitor, uma maior corrente de carga (menor resistência de carga) irá descarregar o capacitor mais rapidamente (Constante de tempo RC) e, assim, aumentar a ondulação obtida. Então, para o circuito retificador monofásico de meia onda usando um diodo de potência, não é muito prático tentar reduzir a tensão de ondulação apenas pela suavização do capacitor. Neste caso, seria mais prático usar “Retificação de onda completa” em vez disso.
Na prática, o retificador de meia onda é usado com mais frequência em aplicações de baixa potência devido às suas principais desvantagens serem. A amplitude de saída é menor do que a amplitude de entrada, não há saída durante o meio ciclo negativo, então metade da energia é desperdiçada e a saída é CC pulsada resultando em ondulação excessiva.
Para superar essas desvantagens, vários Os diodos de potência são conectados para produzir um retificador de onda completa, conforme discutido no próximo tutorial.
Resposta
Um diodo de potência é um dispositivo semicondutor cristalino usado principalmente para converter corrente alternada (CA) para corrente contínua (DC), um processo conhecido como retificação. Encontrado nos circuitos de fornecimento de energia de praticamente todos os equipamentos elétricos e eletrônicos modernos, a função de um diodo de energia é semelhante a uma válvula mecânica unidirecional. Ele conduz corrente elétrica com resistência mínima em uma direção, conhecida como direção direta, ao mesmo tempo que evita que a corrente flua na direção oposta. Normalmente capazes de passar até várias centenas de amperes para a frente, os diodos de potência têm junções PN muito maiores e, portanto, maior capacidade de transporte de corrente direta do que seus parentes de diodo de sinal menores usados em produtos eletrônicos de consumo para regular e reduzir atual. Isso torna os diodos de energia mais adequados para aplicações em que correntes e tensões maiores estão envolvidas.