Aula 24 - Diodos: Schottky, de Recuperação Rápida e de Recuperação Ultra Rápida

Diodo Schottky

O diodo Schottky é um diodo baseado na barreira formada pelo contato entre o metal e o semicondutor, conhecido como Diodo da Barreira Schottky, que tem redução de tensão direta (0,4-0,5V) e curto tempo de recuperação reversa (10-40 nano segundos), e o A corrente de fuga reversa é grande, a tensão suportável é baixa, geralmente inferior a 150 V, e é usada principalmente em aplicações de baixa tensão. 

Os Diodo Schottky são construídos através da junção um metal e uma região semicondutora com densidade de dopante relativamente baixa, o efeito dominante deixa de ser o resistivo, passando a haver também um efeito retificador. 

O diodo Schottky é formado colocando-se um filme metálico em contato direto com um semicondutor. O metal é usualmente depositado sobre um material tipo N, por causa da maior mobilidade dos portadores neste tipo de material. A parte metálica será o anodo e o semicondutor, o catodo.

O seu chaveamento é muito mais rápido do que o dos diodos bipolares, uma vez que não existe carga espacial armazenada no material tipo N, sendo necessário apenas refazer a barreira de potencial (tipicamente de 0,3V).

A região N tem uma dopagem relativamente alta, a fim de reduzir as perda de condução, com isso, a máxima tensão suportável por estes diodos é de cerca de 100V.

A aplicação deste tipo de diodos ocorre principalmente em fontes de baixa tensão, nas quais as quedas sobre os retificadores são significativas. Os Diodo Schottky apresentam um tempo de recuperação reversa muito pequeno e com uma tensão de polarização direta VD de aproximadamente 0,25V. Opera em uma faixa de tensão de até 100V e de corrente de até 300A. São ideais para fontes CC de alta corrente e baixa tensão, computadores digitais ( alta velocidade ), etc.

A folha de dados do Diodo Schottky 1N5820 está disponível em: 24_05_12 Diodo Schottky 1N5820.

Diodo de Recuperação Rápida

A estrutura interna dos diodos de recuperação rápida é diferente dos diodos comuns. Ele adiciona a área de base I entre os materiais de silício do tipo P e do tipo N para formar bolachas de silício do PIN. Como a área da base é muito fina, a carga de recuperação reversa é muito pequena, o que não apenas reduz muito o valor trr, mas também reduz a queda de tensão direta transitória, de modo que o tubo possa suportar alta tensão reversa de trabalho. O tempo de recuperação reversa de diodos de recuperação rápida é geralmente de várias centenas de nanosegundos, a queda de tensão direta é de cerca de 0,6 V, a corrente direta é de vários amperes a vários milhares de amperes e a tensão de pico reversa pode atingir várias centenas a vários milhares de volts.

O diodo de recuperação rápida se refere a um diodo com um curto tempo de recuperação reversa (abaixo de 5us). Medidas de dopagem de ouro são frequentemente usadas no processo. A estrutura adota uma estrutura de junção PN, e alguns adota uma estrutura PIN aprimorada. A queda de tensão direta é maior do que a dos diodos comuns (1-2V), e a tensão suportável reversa está principalmente abaixo de 1200V. 

Os Diodo de Recuperação Rápida tem um tempo de recuperação baixo ( >5µs ). São utilizados em conversores CC/CC e CC/CA, onde a velocidade de recuperação é importante. Estes diodos operam em uma faixa desde 1A até centenas de ampères e de 50V até 3000V.

No entanto estes diodos de recuperação abrupta, além da subida rápida da resistência no sentido inverso, ela não se estabiliza de imediato ocorrendo uma oscilação amortecida que dura um certo intervalo de tempo. Essas características exigem cuidados especiais com o circuito que está sendo alimentado, pois ele pode ser sensível ao fenômeno, ocorrendo instabilidades e até mesmo falhas de funcionamento, podem ser necessários circuitos snubbers.

Em muitos retificadores, em particular os bidirecionais, ou circuito de chaveamento rápido, coloca-se um diodo rápido em paralelo com a carga.
Esse diodo, denominado diodo de retorno, de circulação ou de comutação, evita que a tensão média na carga fique negativa durante o semi ciclo negativo da tensão CA na entrada, mantendo a corrente do retificador na carga.
Esse diodo tem, portanto, duas funções básicas: Evitar a tensão média negativa na carga e manter a corrente em circulação na carga, mesmo com os tiristores do conversor bloqueados.
A folha de dados do Diodo Rápido 1N4933 está disponível em: 24_05_11 Diodo Rápido 1N4933.

Diodo de Recuperação Ultra Rápida

Em termos de desempenho, pode ser dividido em dois níveis: recuperação rápida e recuperação super rápida. O tempo de recuperação reversa do primeiro é de centenas de nano segundos ou mais, e o último é de menos de 100 nano segundos. O diodo de recuperação ultrarrápida (abreviação de fred) é um diodo semicondutor com boas características de chaveamento e tempo de recuperação reversa ultracurto. É comumente usado para corrente contínua, absorção, fixação, isolamento, saída e saída para dispositivos de comutação de dispositivos inversores de alta frequência.

A carga de recuperação reversa do diodo de recuperação ultrarrápida é ainda mais reduzida, tornando seu tempo de recuperação reverso tão baixo quanto dezenas de nano segundos. A maioria dos diodos de recuperação rápida e recuperação ultrarrápida abaixo de 20A estão no pacote TO-220. Do ponto de vista da estrutura interna, pode ser dividido em dois tipos: simples e duplo (também denominado tubo duplo). O par de tubos contém dois diodos de recuperação rápida. De acordo com os diferentes métodos de conexão dos dois diodos, existem cátodo para tubo comum e ânodo para tubo comum. 

Os diodos retificadores Schottky, de recuperação rápida e ultra rápida são necessários nas aplicações em que correntes de frequências elevadas devam ser retificadas, como ocorre nas fontes chaveadas.

Devido às suas limitações, principalmente com relação à tensão de bloqueio, o diodo Schottky não pode ser utilizado em qualquer aplicação da Eletrônica de Potência. Por exemplo, em uma fonte chaveada de duplo estágio formada por um retificador boost PFC seguido por um conversor flyback, seria possível utilizar um diodo Schottky no secundário do conversor flyback, mas não seria

possível utilizá-lo no estágio PFC devido à alta tensão de bloqueio (> 400 V).

A folha de dados do Diodo Ultra Rápido MUR2020R está disponível em: 24_06_01 Diodo de Recuperação Ultra Rápido MUR2020R.

© Direitos de autor. 2014: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 03/02/2014