¿Cuál es la corriente máxima y mínima a través del diodo zener?

Un regulador de voltaje de diodo Zener depende en gran medida de la corriente de carga. Al diseñar un circuito de este tipo, debe conocer la corriente (o el rango de corrientes) que extraerá de este voltaje regulado.

Para una regulación adecuada, desea que la corriente del diodo Zener esté entre un cierto valor mínimo$I_{Z,min}$(consulte la hoja de datos para ver una curva de trabajo, supongamos 5 mA aquí) para que se haya desarrollado el voltaje Zener. Pero también desea que la corriente Zener esté por debajo de su corriente máxima de trabajo$I_{Z,max}$(digamos 133 mA) para poder disipar todo el calor.

Supongamos que su circuito dibujará una corriente$I_L$entre$I_{L,min} = 10$y$I_{L,max} = 50 mA$. La diferencia de corriente (50-10 = 40 mA) tiene que pasar por el diodo Zener. Entonces, si conoce el rango actual de su circuito de carga, puede dimensionar el diodo Zener, que debe poder generar al menos$I_{Z,min}+(I_{L,max}-I_{L,min}) = 5+(50-10) = 45 mA < I_{Z,max} = 133 mA$.

Si conoce estos valores, también puede dimensionar$R_S$. La corriente$I_S$a través de$R_S$debe ser igual a la corriente de carga máxima más la corriente Zener mínima, por lo tanto$I_S = I_{L,max} + I_{Z,min} = 50 + 5 = 55 mA$(y use la ley de Ohm para encontrar el valor de la resistencia).

En la mayoría de los casos prácticos,$R_L$no es necesario y se muestra como una "carga de modelo". Por lo tanto, simplemente reemplazaría$R_L$por su circuito.

Jack Ganssle, en sus boletines, The Embedded Muse 229 y 230 , despotrica y se lamenta acerca de cómo las hojas de datos deberían ser más útiles.

En 229 dice

Hoja de datos Rant

Se trata del código, desafortunadamente. Como se mencionó anteriormente, es difícil obtener información concreta sobre el consumo de energía de la serie L de Kinetis. Pero ese es un problema común hoy en día: las hojas de datos carecen cada vez más de la información eléctrica que un ingeniero de diseño necesita para seleccionar una pieza y diseñarla correctamente.

En 230 dice

Un lector, que trabaja para un importante proveedor de semiconductores, respondió con un desafío: ¿Qué debe contener una hoja de datos? Con ironía, respondí: "¡un esquema completo de nivel de transistor de la pieza!" En realidad, aprecio lo difícil que es documentar realmente estos dispositivos complejos.

Pero es frustrante cuando los parámetros eléctricos no están totalmente caracterizados. A menudo, solo se dan valores típicos, no máximos ni mínimos. Algunos proveedores tratan estos componentes como dispositivos lógicos, cuando la verdad es que hay muchos problemas electrónicos involucrados (voltajes, corrientes, etc.).

Basta con mirar a la competencia. Además de su hoja de datos zener de Nexperia (NXP), encontré esta de On Semiconductor y esta de Vishay . Solo la hoja de datos de On Semi zener enumera el voltaje a una corriente de prueba de 37 mA de Min = 6.46, Típico = 6.8, Max = 7.14. ¡Gracias, On Semiconductor!

¡Es muy costoso caracterizar completamente los dispositivos! De alguna manera, esto sube el listón, la barrera de entrada, reduciendo la cantidad de competidores que tiene una empresa, porque solo requiere mucho trabajo, dinero y tiempo...

Me encantaría que la comunidad "Maker", o un gran club IEEE, comenzara una organización sin fines de lucro para caracterizar dispositivos simples comunes como estos para las masas, porque es un estudio estadístico y requiere un tamaño de muestra decente. Podemos abordar esto juntos, ¿no crees? En lugar de crowdfunding con KickStarter, podríamos tener CrowdCharacterization, CrowdPCB, CrowdPlacement y CrowdGrunt (montaje final).

Aquí está mi respuesta punto por punto a su pregunta:

Para un regulador de voltaje electrónico simple que usa diodo Zener, uso el siguiente circuito. (Regulador de derivación Zener)

Este es un circuito de bloques de construcción, y si observa más de cerca, aunque la hoja de datos dice "Regulador de voltaje", la sección "Aplicaciones" dice "estabilización de voltaje", no es muy precisa. Para mayor precisión, querrá usar una referencia de voltaje, descargada, y usarla con algún tipo de amplificador (NPN, FET o amplificador operacional) para entregar energía a un voltaje específico.

Para decidir Rs y RL, necesito saber Izmax e Izmin del diodo zener 1N4736A.

Recomiendo mirar alrededor y estudiar cómo se usan los zeners en otros circuitos. Como aficionado, obtuve una copia antigua de "El arte de la electrónica" que tiene una buena sección sobre electrónica de potencia y reguladores lineales, que es cómo está tratando de usar este zener, pero para lo que este zener no ha sido diseñado . Si su aplicación es particularmente de baja potencia y no exigente con el voltaje entrante, podría funcionar. Pero aún puede querer obtener 100 (o 1,000) y trazar los resultados, y hacer el estudio estadístico, si esto eventualmente se convierte en un producto real.

A partir de esta [hoja de datos], hay diferentes especificaciones actuales disponibles. La corriente de trabajo máxima se da como 133mA. La corriente de prueba a la tensión de trabajo es de 37 mA. (En algún lugar, encontré) El Zener se dañará si funciona continuamente a la corriente máxima de trabajo.

El ingeniero a menudo tiene que manejar pulsos y duraciones cortas de alta potencia, y la cifra máxima es para esos usos. Es solo una idea confusa, en realidad, de lo que el dispositivo es capaz de hacer, y parte de eliminar partes que nunca funcionarán para la aplicación "porque el máximo es simplemente demasiado bajo". Usted es el responsable de asegurarse de que la pieza funcione para su aplicación.

Para calcular la corriente zener mínima, una fuente dice que es el 10% de la cifra de corriente máxima, y ​​otra fuente dice que es la corriente de codo (1 mA) en la que se prueba la impedancia. ¿Cuál es la elección correcta?

Los fabricantes a menudo probarán sus piezas de manera diferente a otros fabricantes. Esto hace que sea imposible comparar correctamente las piezas, al menos durante la compra. Eres tú quien tiene que probar la pieza para ver cómo se comporta. Tienes mi simpatía. Y como has visto anteriormente, mi corazón es que algunas personas se agrupen lo suficientemente grandes y permitan algo de esto para el pequeño.

(de un comentario) Esto es en realidad para demostrar el funcionamiento del circuito desde la mínima resistencia de carga posible (carga máxima) hasta la condición sin carga. (Carga mínima)

Antes de enseñarle a alguien más (excepto, quizás, a un club de electrónica para principiantes de niños), probablemente quiera dedicar mucho al estudio y prueba de este circuito y circuitos de referencia de voltaje / zener más sofisticados (y útiles). No querrás sentirte avergonzado cuando tu zener se esfume (a menos que lo hayas preparado para "enseñarles") o cuando te hagan preguntas que no puedas responder.

Los dejo con un circuito de The Art of Electronics, segunda edición, página 319. Este es un "zener de potencia activa", una especie de abrazadera activa. La idea es que, si la fuente de alimentación entrante genera demasiado voltaje, haga un cortocircuito fuerte y rápido, para quemar un fusible o tirar un disyuntor y evitar la destrucción más lenta del circuito que está más allá de esto, y posiblemente evitar peligro de incendio también. Sobretensión = cortocircuito. Simple y confiable, y protector del resto del circuito.

Puede ver que, para este componente virtual, aunque se supone que debe "encenderse" a 6,8 voltios, es más como si se "deslizara", y ya está hundiendo más de tres amperios en sus 6,8 voltios nominales. Ahora, la curva depende mucho del transistor que conecto: un 2N3055 probablemente pueda manejar una mayor disipación de energía, pero tiene una beta (ganancia) significativamente más baja, por lo que probablemente se ajuste mejor a una abrazadera activa a 6.8 voltios. Pero probablemente elegiría primero el transistor de potencia y haría una búsqueda binaria en el zener.

Por búsqueda binaria, me refiero a dividir continuamente el espacio de búsqueda por la mitad cada vez, lo que me permite encontrar rápidamente la respuesta. La mejor de las suertes para ti.

Por cierto, si estás haciendo una demostración, siempre les encanta ver "el humo mágico". Primero muéstreles lo que no deben hacer. Es la mejor manera de llamar su atención al instante. Mi (increíble) profesor de secundaria solía preguntar: "¿Puede explotar el agua?". Luego llevaría a su clase a la parte de atrás, echaría un poco de sodio o potasio en un poco de agua y haría un pequeño cráter. ¡A los niños les encantó su clase!

¿Por qué no operar un diodo Zener en su corriente de carga? Entonces se especifica su voltaje.