Elección de diodos para rectificador trifásico

Estoy construyendo un rectificador para rectificar una señal trifásica como parte de un proyecto escolar, por lo que no estoy trabajando a estos niveles de potencia sin ayuda y supervisión.

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Este parece ser un circuito apropiado en lo que respecta a la rectificación, pero tengo algunas preguntas. Descubrí que elegir diodos en función de sus hojas de datos no es tan sencillo como anticipé. El sistema con el que estoy tratando maneja mucha potencia; en concreto, tiene que manejar valores máximos de 40V y 40A, o 1,6kW de potencia.

Estoy interesado en lograr la máxima transferencia de energía, por lo que quiero minimizar la caída de voltaje directo del diodo. Por esa razón, he estado mirando principalmente a los diodos Schottky.

Aquí hay un enlace a la hoja de datos de un diodo que puede ser adecuado. Y aquí hay un resumen de las especificaciones importantes:

Caída máxima de voltaje directo (@ temperatura de unión = 25°C): .48V

Voltaje inverso repetitivo máximo: 45V

Corriente media de salida rectificada: 12A

Corriente transitoria directa máxima no repetitiva 8,3 ms Onda semisinusoidal única superpuesta a la carga nominal: 200 A

El voltaje inverso repetitivo máximo tiene sentido con respecto a la cantidad de voltaje que puede manejar el diodo, pero la clasificación de corriente máxima es un poco ambigua para mí. ¿Qué significa exactamente el último parámetro? Parece que el diodo puede manejar hasta 200 A siempre que no se mantenga en el límite durante demasiado tiempo. Pero, ¿cómo puede ser tan grande este valor cuando la corriente de salida rectificada promedio es de solo 12 A? De cualquier manera, parece que este diodo no funcionará, ya que solo puede manejar 12A en promedio.

No pude encontrar un enlace directo para la hoja de datos del siguiente diodo, pero es el primer acceso a Google a través de este enlace. Por lo que he visto, creo que llamarías a esto un diodo Schottky "doble". Aquí hay un resumen de las especificaciones relevantes:

Caída máxima de voltaje directo (@ temperatura de unión = 25 °C, corriente directa = 60 A): 0,90 V

Voltaje inverso repetitivo máximo: 200V

Corriente media de salida rectificada: 75A

Pico de sobretensión directa no repetitivo 8,3 ms (@ temperatura de unión = 45 °C): 600 A

En primer lugar, ¿es común usar estos diodos "dobles" para este tipo de cosas? La caída de tensión directa parece muy alta para un Schottky. ¿Es eso para ambos diodos en un estado de polarización directa? La hoja de datos dice que todas las clasificaciones son "por pierna", así que supongo que no. Además de eso, este diodo es más que capaz de trabajar con lo que estoy tratando de hacer.

Todavía estoy buscando, pero esos son los únicos buenos candidatos que he encontrado hasta ahora. Es fácil encontrar diodos clasificados para alta corriente o alto voltaje, pero no para ambos. ¿Porqué es eso?

Le sugerimos que calcule la corriente RMS por diodo. Existe una compensación con los diodos Schottky: el alto voltaje de ruptura tiene una mayor caída de voltaje (y menos fugas, especialmente notables a altas temperaturas).
@SpehroPefhany, dado que la especificación requiere un pico de 40A, ¿no sería solo 40\sqrt(2)=28.3A RMS?

Respuestas (2)

Los diodos son cosas muy complejas, compuestas de voltaje directo, corriente directa, corriente inversa, voltaje inverso, fuga de corriente inversa y tiempos de recuperación. Y luego todos los voltajes y corrientes tienen valores de estado estable, valores máximos repetitivos y valores máximos no repetitivos.

Todo siempre tiene influencia.

La razón por la que los diodos a menudo son solo de alta corriente o alto voltaje es porque muchas de las características de un diodo son una compensación. Si desea un diodo con una gran capacidad de corriente y una muy buena especificación de voltaje inverso, necesita mucho más material de silicio y muchos más controles durante el proceso que cuando elige solo uno para optimizar.

Ahora, supongo que su señal trifásica está en algún lugar entre 1 y 100 Hz, ya que la mayoría de las aplicaciones de energía trifásica lo están. Esa es una frecuencia bastante baja para un diodo, por lo que puede omitir el "tiempo de recuperación inverso" y todos esos parámetros. Se refieren a la rapidez con la que el diodo comenzará a bloquear la corriente después de haber conducido previamente, pero a una potencia de 100 Hz, cualquier recuperación es rápida.

Deberá asegurarse de que el diodo pueda manejar el voltaje incluso si no es exactamente lo que espera. Una cosa, por ejemplo, no especificó si los 40 V son CA o CC esperados. Asumiré AC. En ese caso, con 3 fases, obtendrá un voltaje de CC aproximado de 1,8 veces (redondeado hacia arriba), que es 72 V CC.

Entonces, su diodo debe tener al menos un voltaje inverso de 80V, preferiblemente más de 100V.

Luego, el voltaje directo y la corriente están vinculados. En la página 4, arriba a la izquierda, de su segunda hoja de datos (el microsemidiodo), puede ver que a una temperatura de unión de 25 grados a 40 A, solo tendrá un voltaje directo de 0,8 V.

Ese voltaje directo es por un diodo, sí.

La diferencia entre la corriente directa de estado estacionario y la corriente directa máxima no repetitiva es que una corriente muy alta hará que el diodo caiga un voltaje más alto y la potencia máxima total para un pico de 200 A supera con creces los 200 W, incluso en su primer diodo.

Por un tiempo muy corto, y solo una vez, el diodo puede manejar esa cantidad de energía, pero si mantienes la corriente constante, la energía disipada se acumulará. Es por eso que el primero solo puede manejar 12A continuos, cualquier valor superior hará que se caliente más de lo que su diseño interno puede eliminar.

Ahora, muchos diodos tienen una corriente máxima repetitiva, basada en una rectificación de 2 fases de 60 Hz o 50 Hz, que es un poco más alta que su corriente de estado estable, eso se debe a que un diodo en un rectificador solo se usará parte del tiempo. La mitad en 2 fases y un tercio en 3 fases.

Entonces, si puede encontrar un diodo que tenga solo 35 A en estado estable, pero que permita 50 A o similar (o preferiblemente más alto, por supuesto) de corriente máxima repetitiva, debería estar razonablemente seguro con su especificación de 40 A, si su señal trifásica no es por debajo de 35 Hz.

Gracias por la respuesta detallada y por responder a la mayoría de las preguntas que hice. Tiene razón asumiendo 40 V (pico) de CA, pero tengo curiosidad por saber cómo calcula el valor de CC a partir de eso para obtener 72 V. Además, con respecto a lo que usted llama corriente de "estado estable", ¿está hablando de lo que la hoja de datos denomina "corriente directa promedio máxima"?
El estado estacionario se refiere a la corriente CC continua máxima. La corriente directa promedio máxima parece ajustarse a ese proyecto de ley. El voltaje de CA es una onda, con picos y ceros. El voltaje de CA al que la gente suele referirse es CA RMS, que es una forma de expresar la energía promedio, pero los picos son más altos que eso. En una señal de 2 fases, los picos son sqrt (2) veces el valor RMS, en una señal de 3 fases son sqrt (3) veces el valor RMS. Que es 1,7 y algo, así que redondeé a 1,8. Para el voltaje de rectificación de CC, siempre usa el voltaje máximo, porque los diodos ven ese voltaje como máximo.

Dual Schootky son populares porque es más fácil de usar para hacer un puente rectificador monofásico. La caída de voltaje a grandes corrientes siempre será grande; los diodos regulares probablemente caerán 1.5v más o menos. Si necesita tener una caída muy baja, deberá usar la rectificación activa ( http://en.wikipedia.org/wiki/Active_rectification ).