Diodos de recuperação rápida

Com o uso cada vez maior de fontes chaveadas, conversores DC/DC e AC/DC, os diodos retificadores comuns já não atendem às necessidades desses circuitos. Os diodos de recuperação rápida (fast recovery) e recuperação ultra-rápida (ultra-fast recovery) passam a ocupar um lugar de importância entre os componentes usados. Veja neste artigo o porquê do uso de tais componentes e o que são esses diodos.

As fontes de alimentação comuns, ligadas diretamente à rede de energia de 60 Hz em nosso país e mesmo as que operam em freqüências um pouco mais altas, como as de 400 Hz de uso industrial, não precisam de componentes rápidos.

Assim, a retificação das tensões de entrada podem ser realizadas, sem problemas, por diodos comuns de silício.

No entanto, as características desses diodos não se adaptam às fontes chaveadas que operam com sinais de freqüências muito mais altas, da ordem de dezenas de quilohertz e até mesmo maiores que 1 megahertz.

Os diodos retificadores comuns não respondem à essas freqüências não conseguindo retificar de modo eficiente correntes alternadas que estejam acima de alguns quilohertz, pois eles possuem uma característica de retificação lenta.

Para essas fontes é preciso usar diodos que acompanhem as variações rápidas dos sinais que devem ser retificados, ou seja, diodos de recuperação rápida ou ultra rápida (fast recovery diodes ou ultra-fast recovery diodes)

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A Recuperação de um Diodo

Um diodo, como qualquer outro componente eletrônico, precisa de um certo tempo para passar do seu estado de condução para não condução.

Para um diodo retificador comum, o que ocorre é que, partindo do estado de plena condução, quando a tensão é invertida no semiciclo seguinte e ele deve passar para a não condução, isso não acontece de modo imediato, conforme mostra o gráfico da figura 1.

Quando a tensão aplicada reduz, passando pelo ponto de zero, até atingir o seu máximo no sentido inverso, o diodo não deixa de conduzir imediatamente.

Ele ainda permanece em plena condução no sentido inverso por um certo tempo, que ele precisa para “se recuperar” da transição que ocorre.

Nesse intervalo, que pode chegar a mais de 1 milisegundo, para um diodo comum, o diodo se comporta como um dispositivo de baixa resistência, conduzindo intensamente a corrente.

Em outras palavras, durante esse intervalo, o dispositivo deixa de se comportar como um diodo, conduzindo a corrente também no sentido inverso.

Após a recuperação, que demora um certo tempo que depende do dispositivo, o diodo se recupera e a sua resistência no sentido inverso aumenta, não havendo mais a circulação de nenhuma corrente no sentido inverso.

Numa aplicação de baixa freqüência, por exemplo, retificando a corrente alternada da rede de energia, o tempo de recuperação é desprezível em relação ao tempo total de duração do semiciclo, conforme mostra a figura 2.

Nessas condições, a energia dissipada na condução inversa e mesmo a pequena corrente circulante não afetam de modo significativo o funcionamento do circuito.

No entanto, acima de certa freqüência, esse tempo de recuperação se torna importante, podendo até superar o tempo de duração do semiciclo do sinal no sentido inverso, o que significa que “não dá tempo” para o diodo deixar de conduzir, e com isso a corrente não é retificada, conforme mostra a figura 3.

Para aplicações em que as corrente que devam ser retificadas possuam freqüências elevadas, diodos que “se recuperem” rapidamente passando do estado de condução para não condução no mínimo tempo possível são necessários.

A Indústria classifica como diodos rápidos ou diodos de recuperação rápida (fast recovery) aqueles que possam tempo de recuperação inversa menores do que 500 ns.

Esse valor é 1/10 do tempo típico que encontramos num retificador de silício comum.

São classificados comum ultra-rápidos, os diodos que possam tempos de recuperação na faixa de 0,75 a 5 ns, para os tipos de pequeno sinal (10 a 100 V, conforme mostra a figura 4.

São classificados como ultra-rápidos também os diodos retificadores de 50 a 800 V que tenham tempo de recuperação de 15 a 60 ns.

Existem ainda diodos disponíveis para tensões acima de 1000 V que são considerados rápidos, pois têm tempos de recuperação da ordem de 100 ns.

Os padrões internacionais JEDEC e IEC também definem o modo como a recuperação inversa de um diodo ocorre.

Na figura 5 mostramos as curvas típicas e os modos de recuperação dos diodos.

Observe que no diodo de recuperação suave (soft) o aumento da resistência no sentido inverso e portanto a redução da corrente que ocorre nesse intervalo, acontece de modo suave.

O mesmo não ocorre num diodo de recuperação abrupta, em que 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.

Na indústria é definido o fator de suavidade de recuperação  ou “recovery softness factor”. Se esse fator muito alto na recuperação inversa, podem também ocorrer problemas. Um diodo retificador que tenha um fator de recuperação suave muito grande, pode gerar calor .

Por outro lado, para se evitar os problemas de uma recuperação abrupta, podem ser necessários circuitos snubbers.

Conclusão

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

No entanto, um diodo muito rápido também pode trazer alguns problemas ao circuito alimentado e isso deve ser previsto.

Nesse artigo mostramos o porque de se usar esses diodos e o que o projetista deve observar ao utilizá-los.

 

Escrito por Newton C. Braga