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Diodi di potenza

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Il diodo a giunzione è un componente che permette il passaggio di corrente in un solo verso. Un diodo viene detto di potenza quando permette il passaggio di almeno qualche frazione di ampere e sopporta una tensione inversa di qualche decina di volt, fino a diverse migliaia.

Il simbolo è lo stesso dei diodi di segnale: il verso della corrente diretta è indicato dalla "freccia", a sinistra abbiamo l'anodo (A) e a destra il catodo (K)

Diodo

Possono essere individuate due tipologie di diodo di potenza:

I parametri principali:

Diodi raddrizzatori

Sono utilizzati come raddrizzatori della tensione di rete (50/60 Hz), sia a bassa che ad alta tensione. Tra i parametri sono fondamentali la massima corrente diretta e la massima tensione inversa. La tabella riportata come esempio mostra tali valori per un diodo di questo tipo per usi generali (1N5059):

Diodo raddrizzatore: valori massimi assoluti

Si noti che altri parametri quali la tensione durante la conduzione diretta (VF, intorno ad 1 V), la corrente inversa, la massima temperatura di giunzione o i tempi di recupero sono poco rilevanti in quanto simili per tutti i diodi di questo tipo.

Spesso quattro diodi raddrizzatori sono disponibili in configurazione "ponte di Graetz" in un solo contenitore.

Diodi veloci

Un diodo veloce (fast recovery) è capace di passare dalla conduzione alla non conduzione in un tempo molto breve.

Questo tempo diventa critico quando il circuito nel quale il diodo è inserito viene aperto e chiuso continuamente. Infatti il diodo, nell'istante della commutazione, tende a non comportarsi come un diodo ideale. Vediamo i due seguenti casi:

Nei diodi raddrizzatori il trr è poco rilevante: è infatti dell'ordine dei microsecondi, tempo assolutamente trascurabile rispetto al periodo della tensione di rete. Un diodo viene definito "veloce" quando il trr valore scende significativamente al di sotto del microsecondo.

La seguente tabella è relativa ad un VS-10ETF e, accanto ai parametri già visti, è indicato in rosso un tempo di recupero inverso di 80 ns. Si noti che tale valore è dipendente dalla corrente diretta e cresce con essa.

Diodo veloce - Caratteristiche

Un diodo particolarmente veloce è il diodo Schottky, caratterizzato da tempi di commutazione trascurabili ed anche da una tensione diretta minore del diodo a giunzione. I limiti al suo utilizzo diffuso derivano da una corrente diretta massima ed una tensione inversa massima limitate ed anche da una corrente inversa non trascurabile, soprattutto ad alta temperatura.

Applicazione: diodi di ricircolo

Tipicamente i diodi veloci di potenza sono utilizzati negli alimentatori a commutazione (applicazione qui non trattata) e come diodi di flyback (detti anche diodi freewheeling, di snubber, di ricircolo o soppressori) nel pilotaggio di carichi induttivi. Un esempio di carico induttivo è un motore o anche semplicemente un cavo di lunghezza significativa.

Consideriamo un carico induttivo (R + L) collegato ad un MOS in connessione low-side. Possiamo immaginare l'induttore come un oggetto che tende a mantenere costante la corrente che in esso scorre.

Le correnti nel diodo di ricorcolo

Quando il MOS rappresentato nel primo schema si chiude, la corrente (freccia blu) raggiunge il valore a regime in un certo tempo, secondo una curva esponenziale dipendente dal rapporto tra induttanza e resistenza. Questa lentezza non causa particolari problemi... se non quello di richiedere un po' di tempo.

Quando il MOS si apre, la corrente istantaneamente dovrebbe andare a zero; l'induttore tende però ad impedire questo repentina diminuzione. La tensione sul Drain del MOS di conseguenza tende a salire a valori molto elevati. Infatti:

In pratica la tensione sul Drain arriva a valori molto elevati, molto superiori alla tensione di alimentazione spesso molte centinaia di volt, danneggiando il MOS.

Per evitare questo fenomeno distruttivo viene inserito in parallelo alla bobina dell'induttore un diodo, con il catodo connesso alla tensione di alimentazione, come mostrato nel secondo schema.

Il diodo utilizzato in queste applicazioni deve:

Considerazioni analoghe valgono anche per il pilotaggio high side.

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