1. PARAMETROS CARACTERISTICOS DEL DIODO

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1 ELECTRÓNICA ANALÓGICA PARÁMETROS DEL DIODO. PARAMETROS CARACTERISTICOS DEL DIODO Como se ha visto en temas anteriores, el diodo es un dispositivo unidireccional: sólo permite el paso de la corriente eléctrica en una única dirección. Un diodo que se encuentre conectado en un determinado circuito, normalmente alternará sus dos posibles estados: conducción y bloqueo. Cuando el diodo se encuentre en conducción, la corriente que circulará a través de él (I D ) vendrá determinada por la tensión de alimentación y por el resto de componentes del circuito. Así mismo, cuando el diodo se encuentre en su estado de bloqueo, estará soportando entre su ánodo y su cátodo una tensión que vendrá determinada por la tensión de alimentación del circuito. A la hora de seleccionar el diodo más apropiado para un determinado diseño electrónico, será necesario calcular, al menos, las corrientes que circulan por él cuando se encuentra en conducción, las tensiones que soporta cuando se encuentra bloqueado y la potencia que tendrá que ser capaz de disipar. Con estos datos, será necesario analizar la información proporcionada por los fabricantes de diodos para seleccionar el más adecuado. Esta información acerca de las características de un determinado diodo se recoge en las hojas de características o datasheets de los fabricantes. En estas hojas de características se mostrarán principalmente: parámetros estáticos. parámetros dinámicos. parámetros de potencia. parámetros térmicos. hojas de características. DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA DE SISTEMAS Y AUTOMÁTICA PAG.

2 ELECTRÓNICA ANALÓGICA PARÁMETROS DEL DIODO.. PARAMETROS ESTATICOS Dentro de los parámetros estáticos se puede distinguir entre los parámetros de conducción y los parámetros de bloqueo.... Parámetros de conducción. I F - Corriente directa (forward): Es la corriente media que circula por el diodo cuando éste se encuentra en conducción. Dependerá del circuito en el que se encuentre. I FAV - Corriente Directa (forward) Media (average): Es la máxima corriente media que soporta el diodo a una determinada temperatura (normalmente 25ºC). I FRM - Corriente Directa (forward) Repetitiva (repetitive) Máxima (maximum): Es la máxima corriente que puede ser soportada cada 20 ms, con una duración de ms, a una determinada temperatura (normalmente 25º). I FSM - Corriente Directa (forward) de Pico (surge) Máxima (maximum): es el máximo pico de intensidad aplicable, una vez cada 0 minutos, con una duración de 0 ms. I FRMS - Corriente Directa Eficaz: Es la máxima corriente eficaz que soporta el dispositivo. V TO - Tensión umbral. Es la tensión de polarización directa que es necesario superar para vencer la barrera de potencial de la unión PN y establecer así la conducción del diodo. V F - Caída de tensión entre ánodo y cátodo en conducción directa...2. Parámetros de bloqueo. PIV - Tensión Inversa Máxima: Es la máxima tensión de pico que el diodo tendrá que soportar en un determinado circuito. Dependerá del circuito en el que se encuentre. V R Tensión Inversa (reverse). V RWM - Tensión Inversa (reverse) de Trabajo (work) Máxima (maximum): Tensión inversa que el dispositivo puede soportar de forma continuada sin peligro de ruptura por avalancha. V RRM - Tensión Inversa Repetitiva Máxima: es la que puede ser soportada en picos de ms, repetidos cada 0 ms de forma continuada. V RSM - Tensión Inversa de Pico Máxima: es aquella que puede ser soportada una sola vez durante 0ms cada 0 minutos o más. V BR - Tensión de Ruptura (break): si se alcanza, aunque sea una única vez, durante aproximadamente 0 ms el diodo puede destruirse o degradarse las características del mismo. DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA DE SISTEMAS Y AUTOMÁTICA PAG. 2

3 ELECTRÓNICA ANALÓGICA PARÁMETROS DEL DIODO.2. PARAMETROS DINAMICOS Los parámetros dinámicos hacen referencia a la velocidad del diodo en cambiar de estado, de conducción a bloqueo y viceversa. t rr - Tiempo de Recuperación Inverso: En un diodo, la transición del estado de conducción al estado de bloqueo no se produce de forma instantánea. Si un diodo se encuentra conduciendo una intensidad I F, la zona central de la unión P-N está saturada de portadores mayoritarios con tanta mayor densidad de éstos cuanto mayor sea I F. Si mediante la aplicación de una tensión inversa forzamos la anulación de la corriente con cierta velocidad di/dt, resultará que después del paso por cero de la corriente existe cierta cantidad de portadores que cambian su sentido de movimiento y permiten que el diodo conduzca en sentido contrario durante un instante. La tensión inversa entre ánodo y cátodo no se establece hasta después del tiempo t a llamado tiempo de almacenamiento, en el que los portadores empiezan a escasear y aparece en la unión la zona de carga espacial. La intensidad todavía tarda un tiempo t b (llamado tiempo de caída) en pasar de un valor de pico negativo (I RRM ) a un valor despreciable mientras van desapareciendo el exceso de portadores. El tiempo de recuperación inverso es la suma de t a y t b. En resumen, si el tiempo que tarda el diodo en pasar de conducción a bloqueo no es despreciable : Se limita la frecuencia de funcionamiento. Existe una disipación de potencia durante el tiempo de recuperación inversa. Para altas frecuencias, por tanto, debemos usar diodos de recuperación rápida. t fr - Tiempo de Recuperación Directo: Es el tiempo que transcurre entre el instante en que la tensión ánodo-cátodo se hace positiva y el instante en que dicha tensión se estabiliza en el valor V F. Este tiempo es bastante menor que el de recuperación inversa y no suele producir pérdidas de potencia apreciables. DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA DE SISTEMAS Y AUTOMÁTICA PAG. 3

4 ELECTRÓNICA ANALÓGICA PARÁMETROS DEL DIODO.3. PARAMETROS DE POTENCIA De entre los parámetros relativos a la potencia cabe destacar los siguientes: P max - Potencia Máxima Disipable: Es la máxima potencia que el dispositivo es capaz de disipar. P D - Potencia Media Disipada: Es la potencia media que disipa el dispositivo cuando es recorrido por una corriente i F. Esta potencia viene definida por la expresión: P D u Sustituyendo en esta expresión la tensión ánodo-cátodo por su equivalente eléctrico: P D y teniendo en cuenta que: AK i F dt 2 V r i i dt V i dt r i TO i dt : Es la corriente media que circula por el diodo (I DC ) i 0 2 F dt : Es el cuadrado de la corriente eficaz que circula por el diodo (I 2 Dc ) La potencia media disipada por el diodo vendrá dada por la expresión: PD V TO I DC 0 F TO r I Esta será la potencia que será necesario calcular en cada circuito para saber que potencia tendrá que ser capaz de disipar el diodo escogido. 2 Dc 0 F dt P RRM - Potencia Inversa de Pico Repetitiva: Es la máxima potencia que puede disipar el dispositivo en estado de bloqueo. P RSM - Potencia Inversa de Pico Repetitiva: Es la máxima potencia que puede disipar el dispositivo en estado de bloqueo para un impulso único. DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA DE SISTEMAS Y AUTOMÁTICA PAG. 4

5 ELECTRÓNICA ANALÓGICA PARÁMETROS DEL DIODO.4. PARAMETROS TERMICOS Los parámetros térmicos más relevantes son: T j - Temperatura de la Unión: Normalmente el fabricante indicará en las hojas de características el rango de temperaturas (mínima y máxima) en el cual debe estar comprendida la temperatura de la unión PN si se quiere evitar la destrucción del dispositivo. T stg - Temperatura de almacenamiento (storage): Rango de temperaturas a la que debe mantenerse el dispositivo para que éste mantenga sus propiedades. Rth j-a - Resistencia Térmica Unión (junction) - Ambiente (Air) Rth j-c - Resistencia Térmica Unión (junction) - Encapsulado (case) Rth c-s - Resistencia Térmica Encapsulado (case) - Disipador (sink o heatsink) Rth s-a - Resistencia Térmica Disipador (sink o heatsink) - Ambiente (Air) Estos parámetros son los que se manejarán en el siguiente tema para realizar el cálculo térmico del dispositivo y el posible cálculo del disipador. DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA DE SISTEMAS Y AUTOMÁTICA PAG. 5

6 ELECTRÓNICA ANALÓGICA PARÁMETROS DEL DIODO.5. HOJAS DE CARACTERISTICAS Guías de selección rápida: La mayoría de los fabricantes disponen de unas guías de selección rápida de componentes. En éstas se muestra un resumen de los parámetros más significativos de los distintos componentes. Actualmente, muchos fabricantes, disponen en sus páginas WEB de aplicaciones dinámicas y de tablas de selección para facilitar el trabajo del diseñador. Una vez seleccionado el componente en estas guías, será necesario consultar las hojas de características del componente concreto seleccionado para tener toda la información relativa a él. Datasheets: Los datasheets u hojas de características de un determinado componente, contienen una extensa información acerca de este: sus valores máximos, sus parámetros térmicos, sus parámetros eléctricos, sus gráficas de funcionamiento,..etc. A continuación se detallan una serie de direcciones de fabricantes de componentes semiconductores donde se pueden encontrar infinidad de datasheets. DIODES: SEMIKRON: TOSHIBA: FAIRCHILD: POWEREX: HITACHI: ON SEMICONDUCTOR: Palabras clave para buscar dentro de la WEB: semiconductor discrete device diode dataste En las páginas siguientes se muestran algunos ejemplos de hojas de selección rápida y de datasheets detallados. DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA DE SISTEMAS Y AUTOMÁTICA PAG. 6

7 Discrete Power Products Diodes and Rectifiers Rectifiers General Purpose Rectifiers Products Configuration V RRM (V) I F (AV) (A) I FSM (A) V FM Max (V) t rr Max (ns) I RM or I R Max (μa) DO-5 N539 Single N5392 Single N5393 Single N5394 Single N5395 Single N5396 Single N5397 Single N5398 Single N5399 Single DO-20AD N5400 Single N540 Single N5402 Single N5403 Single N5404 Single N5405 Single N5406 Single N5407 Single N5408 Single DO-4 N400GP Single N400 Single N4002GP Single N4003GP Single N4004 Single N4004GP Single N4005 Single N4005GP Single N4006 Single N4006GP Single N4007 Single N4007GP Single SMA GFA Single SA Single DISCRETE POWER

8 Discrete Power Products Diodes and Rectifiers Rectifiers General Purpose Rectifiers (Continued) Products Configuration V RRM (V) I F (AV) (A) I FSM (A) V FM Max (V) t rr Max (ns) I RM or I R Max (μa) GFB Single SB Single GFD Single SD Single GFG Single SG Single GFJ Single SJ Single GFK Single SK Single GFM Single SM Single SMB S2A Single S2B Single S2D Single S2G Single S2J Single S2K Single S2M Single SMC S3A Single S3B Single S3D Single S3G Single S3J Single S3K Single S3M Single

9 Discrete Power Products Diodes and Rectifiers Rectifiers Ultrafast Recovery Rectifiers Products Configuration V RRM (V) I F (AV) (A) I FSM (A) V F Max (V) t rr Max (ns) I RM or I R Max (μa) t C Typ (ns) DO-5 EGP20A Single EGP20B Single EGP20C Single EGP20D Single EGP20F Single EGP20G Single EGP20J Single EGP20K Single DO-20AD EGP30A Single EGP30B Single EGP30C Single EGP30D Single EGP30F Single EGP30G Single EGP30J Single EGP30K Single DO-4 EGP0A Single UF400 Single EGP0B Single UF4002 Single EGP0C Single EGP0D Single UF4003 Single EGP0F Single UF4004 Single EGP0G Single EGP0J Single UF4005 Single EGP0K Single UF4006 Single UF4007 Single t C Typ (ns) DISCRETE POWER

10 Rectifiers Ultrafast Recovery Rectifiers (Continued) SMA Discrete Power Products Diodes and Rectifiers ESA Single EGFA Single ESB Single EGFB Single ESC Single EGFC Single ESD Single EGFD Single SMB ES2A Single ES2B Single ES2C Single ES2D Single SMC Products Configuration V RRM (V) I F (AV) (A) I FSM (A) V F Max (V) t rr Max (ns) ES3A Single ES3B Single ES3C Single ES3D Single TO-220 I RM or I R Max (μa) t C Typ (ns) FFP06U20DN Common Cathode FFP0U20DN Common Cathode RURP520 Single FFP5U20DN Common Cathode RURP3020 Single FFP04U40DN Common Cathode FFP06U40DN Common Cathode FFP05U60DN Common Cathode RURP860 Single FFP0U60DN Common Cathode RURP560 Single FFP20U60DN Common Cathode RURP3060 Single FFP30U60DN Common Cathode RURP800 Single t C Typ (ns) Bold = New Products (introduced January 2003 or later)

11 SK THYRISTOR BRIDGE,SCR,BRIDGE Axial Lead Diode Rectifier Diode SK Features Typical Applications Symbol Conditions Values Units CRG by SEMIKRON

12 RECTIFIER,DIODE,THYRISTOR,MODULE Fig. 5 Forward characteristics Fig. 8 Overload current vs. time Fig. 2 Forward current vs. reference temperature Fig. 3 Reverse current vs. junction temperature Fig. 4 Thermal resistance vs. lead length CRG by SEMIKRON

13 SKN 20 THYRISTOR BRIDGE,SCR,BRIDGE Stud Diode Rectifier Diode SKN 20 SKR 20 Features Typical Applications Symbol Conditions Values Units SKN SKR SCT by SEMIKRON

14 RECTIFIER,DIODE,THYRISTOR,MODULE Fig. L Power dissipation vs. forward current Fig. R Power dissipation vs. ambient temperature Fig. 2 Forward current vs. case temperature Fig. 4 Transient thermal impedance vs. time Fig. 5 Forward characteristics Fig. 6 Surge overload current vs. time SCT by SEMIKRON

15 SKNa 202 Stud Diode Avalanche Diode SKNa 202 Publish Data Features Typical Applications Symbol Conditions Values Units SKN SCT by SEMIKRON

16 SKNa 202 Fig. L Power dissipation vs. forward current Fig. R Power dissipation vs. ambient temperature Fig. 2 Forward current vs. case temperature Fig. 4 Transient thermal impedance vs. time Fig. 5 Forward characteristics Fig. 6 Rated surge overload current vs. time SCT by SEMIKRON

17 SKN 6000 THYRISTOR BRIDGE,SCR,BRIDGE Disc Diode Rectifier Diode SKN 6000 Features Typical Applications ) Symbol Conditions Values Units SKN SCT by SEMIKRON

18 RECTIFIER,DIODE,THYRISTOR,MODULE Fig. L Power dissipation vs. forward current Fig. R Power dissipation vs. ambient temperature Fig. 2 Forward current vs. case temperature Fig. 4a Transient thermal impedance (double sided cooling) Fig. 4b Transient thermal impedance (single sided cooling) SCT by SEMIKRON

19 SKN 6000 THYRISTOR BRIDGE,SCR,BRIDGE Fig. 5 Forward characteristics Fig. 6 Surge overload current vs. time Fig. 0a Peak forward current vs. duty cycle (T c = 50 C) Fig. 0b Peak forward current vs. duty cycle (T c = 00 C) Fig. a Direct output current vs. duty cycle (T c = 50 C) Fig. b Direct output current vs. duty cycle (T c =00 C) SCT by SEMIKRON

20 SEMICONDUCTOR TECHNICAL DATA Order this document by N400/D This data sheet provides information on subminiature size, axial lead mounted rectifiers for general purpose low power applications. Mechanical Characteristics Case: Epoxy, Molded Weight: 0.4 gram (approximately) Finish: All External Surfaces Corrosion Resistant and Terminal Leads are Readily Solderable Lead and Mounting Surface Temperature for Soldering Purposes: 220 C Max. for 0 Seconds, /6 from case Shipped in plastic bags, 000 per bag. Available Tape and Reeled, 5000 per reel, by adding a RL suffix to the part number Polarity: Cathode Indicated by Polarity Band Marking: N400, N4002, N4003, N4004, N4005, N4006, N4007 N4004 and N4007 are Motorola Preferred Devices LEAD MOUNTED RECTIFIERS VOLTS DIFFUSED JUNCTION MAXIMUM RATINGS Rating Symbol N400 N4002 N4003 N4004 N4005 N4006 N4007 Unit *Peak Repetitive Reverse Voltage Working Peak Reverse Voltage DC Blocking Voltage *Non Repetitive Peak Reverse Voltage (halfwave, single phase, 60 Hz) CASE DO 4 VRRM VRWM VR Volts VRSM Volts *RMS Reverse Voltage VR(RMS) Volts *Average Rectified Forward Current (single phase, resistive load, 60 Hz, see Figure 8, TA = 75 C) *Non Repetitive Peak Surge Current (surge applied at rated load conditions, see Figure 2) IO.0 Amp IFSM 30 (for cycle) Amp Operating and Storage Junction Temperature Range ELECTRICAL CHARACTERISTICS* Maximum Instantaneous Forward Voltage Drop (if =.0 Amp, TJ = 25 C) Figure TJ Tstg 65 to +75 C Rating Symbol Typ Max Unit vf Volts Maximum Full Cycle Average Forward Voltage Drop (IO =.0 Amp, TL = 75 C, inch leads) Maximum Reverse Current (rated dc voltage) (TJ = 25 C) (TJ = 00 C) Maximum Full Cycle Average Reverse Current (IO =.0 Amp, TL = 75 C, inch leads) *Indicates JEDEC Registered Data VF(AV) 0.8 Volts IR μa IR(AV) 30 μa Preferred devices are Motorola recommended choices for future use and best overall value. Rev 5 Rectifier Motorola, Inc. Device 996 Data

21 MBR0H00CT SWITCHMODE Power Rectifier 00 V, 0 A Features and Benefits Low Forward Voltage: C Low Power Loss/High Efficiency High Surge Capacity 75C Operating Junction Temperature 0 A Total (5.0 A Per Diode Leg) GuardRing for Stress Protection PbFree Package is Available Applications Power Supply Output Rectification Power Management Instrumentation Mechanical Characteristics: Case: Epoxy, Molded Epoxy Meets UL in Weight:.9 Grams (Approximately) Finish: All External Surfaces Corrosion Resistant and Terminal Leads are Readily Solderable Lead Temperature for Soldering Purposes: 260C Max. for 0 Seconds Shipped 50 Units Per Plastic Tube MAXIMUM RATINGS Please See the Table on the Following Page 2 3 SCHOTTKY BARRIER RECTIFIER 0 AMPERES 00 VOLTS TO220AB CASE 22A PLASTIC 2, 4 MARKING DIAGRAM AYWW B0H00G AKA A = Assembly Location Y = Year WW = Work Week B0H00 = Device Code G = PbFree Package AKA = Polarity Designator ORDERING INFORMATION Device Package Shipping MBR0H00CT TO Units/Rail MBR0H00CTG TO220 (PbFree) 50 Units/Rail *For additional information on our PbFree strategy and soldering details, please download the ON Semiconductor Soldering and Mounting Techniques Reference Manual, SOLDERRM/D. Semiconductor Components Industries, LLC, 2007 April, 2007 Rev. Publication Order Number: MBR0H00CT/D

22 MBR0H00CT MAXIMUM RATINGS (Per Diode Leg) Rating Symbol Value Unit Peak Repetitive Reverse Voltage Working Peak Reverse Voltage DC Blocking Voltage Average Rectified Forward Current (Rated V R ) T C = 68C V RRM V RWM V R 00 V I F(AV) 5.0 A Peak Repetitive Forward Current (Rated V R, Square Wave, 20 khz) T C = 65C Nonrepetitive Peak Surge Current (Surge applied at rated load conditions halfwave, single phase, 60 Hz) I FRM 0 A I FSM 80 A Operating Junction Temperature (Note ) T J +75 C Storage Temperature T stg 65 to +75 C Voltage Rate of Change (Rated V R ) dv/dt 0,000 V/s Controlled Avalanche Energy (see test conditions in Figures 0 and ) W AVAL 00 mj ESD Ratings: Machine Model = C Human Body Model = 3B THERMAL CHARACTERISTICS Maximum Thermal Resistance JunctiontoCase JunctiontoAmbient > 400 > 8000 R JC 2.0 R JA 60 V C/W ELECTRICAL CHARACTERISTICS (Per Diode Leg) Maximum Instantaneous Forward Voltage (Note 2) (I F = 5.0 A, T C = 25C) (I F = 5.0 A, T C = 25C) (I F = 0 A, T C = 25C) (I F = 0 A, T C = 25C) Maximum Instantaneous Reverse Current (Note 2) (Rated DC Voltage, T C = 25C) (Rated DC Voltage, T C = 25C) v F i R Stresses exceeding Maximum Ratings may damage the device. Maximum Ratings are stress ratings only. Functional operation above the Recommended Operating Conditions is not implied. Extended exposure to stresses above the Recommended Operating Conditions may affect device reliability.. The heat generated must be less than the thermal conductivity from JunctiontoAmbient: dp D /dt J < /R JA. 2. Pulse Test: Pulse Width = 300 s, Duty Cycle 2.0%. V ma 2

23 MBR0H00CT I F, INSTANTANEOUS FORWARD CURRENT (AMPS) 00 T J = 50C 0 T J = 25C T J = 25C V F, INSTANTANEOUS FORWARD VOLTAGE (VOLTS) I F, INSTANTANEOUS FORWARD CURRENT (AMPS) 00 T J = 50C 0 T J = 25C T J = 25C V F, INSTANTANEOUS FORWARD VOLTAGE (VOLTS) Figure. Typical Forward Voltage Figure 2. Maximum Forward Voltage I R, REVERSE CURRENT (AMPS).0E0.0E02.0E03.0E04.0E05.0E06.0E07.0E T J = 50C T J = 25C T J = 25C V R, REVERSE VOLTAGE (VOLTS) I R, MAXIMUM REVERSE CURRENT (AMPS).0E0.0E02.0E03.0E04.0E05.0E06.0E07.0E T J = 50C T J = 25C T J = 25C V R, REVERSE VOLTAGE (VOLTS) Figure 3. Typical Reverse Current Figure 4. Maximum Reverse Current I F, AVERAGE FORWARD CURRENT (AMPS) dc SQUARE WAVE P FO, AVERAGE POWER DISSIPATION (WATTS) SQUARE DC T C, CASE TEMPERATURE (C) I O, AVERAGE FORWARD CURRENT (AMPS) Figure 5. Current Derating Figure 6. Forward Power Dissipation 3

24 MBR0H00CT 000 T J = 25C C, CAPACITANCE (pf) V R, REVERSE VOLTAGE (VOLTS) Figure 7. Capacitance 00 R(t), TRANSIENT THERMAL RESISTANCE 00 D = P (pk) 0. t t 2 SINGLE PULSE DUTY CYCLE, D = t /t t, TIME (sec) Figure 8. Thermal Response JunctiontoAmbient 000 R(t), TRANSIENT THERMAL RESISTANCE 0 D = SINGLE PULSE P (pk) t t 2 DUTY CYCLE, D = t /t t, TIME (sec) Figure 9. Thermal Response JunctiontoCase 4