Diodos de potência! O que são e quais suas aplicações?

Você sabe o que é um diodo de potência, sabe quando utilizamos? Qual é a sua importância e suas aplicações? Se sua resposta é não ou tem alguma dúvida sobre o assunto venha conosco aprender um pouco mais, neste artigo vamos abordar o que é um diodo de potência sem mistérios.

O que é um diodo de potência

Os diodos de potência são dispositivos semicondutores capazes de conduzir corrente elétrica em apenas um sentido, sua característica funcional é simplesmente permitir a passagem de corrente elétrica ou não, podemos dizer que eles trabalham como uma chave aberta ou como uma chave fechada.

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Os diodos diferentemente dos resistores não tem comportamento linear, desta forma sua aplicabilidade em circuitos eletrônicos de potência é ampla como os retificadores. Eles também podem ser aplicados como diodos de retorno para transferência de energia, como isolador de tensão dentre outras possibilidades.

Os diodos de potência são basicamente compostos por duas camadas, uma de um cristal tipo P ( carregado positivamente) e uma camada de cristal N ( carregado negativamente), a junção criada entre eles permite a passagem de corrente elétrica em um único sentido, a diferença dos diodos de potência dos diodos comuns é uma terceira camada denominada N extra, esta camada possibilita que os diodos de potência possam suportar tensões elétricas mais elevadas.

Diodos de potência para aplicação em dispositivos indústriais

Como observamos os diodos de potência não são formados simplesmente por uma junção PN, a junção extra N é uma camada de metal geralmente cromo, platina ou tungstênio, essa camada possibilita que o diodo trabalhe com tensões elevadas e com correntes maiores possibilitando que estes diodos venham trabalhar em circuitos de grande potência, outra função é facilitar a dissipação de calor dos diodos uma vez que conduzem grande quantidade de corrente elétrica.

Funcionamento de um diodo de potência

Para compreendermos o funcionamento de um diodo de potência, precisamos compreender o principio básico de um diodo de modelo ideal. Como vimos anteriormente um diodo  é construído através de substâncias tipo P, com ausência de elétrons, ou seja, sua carga predominante é  positiva, e outra substância do Tipo N, com excesso de elétrons desta forma sua carga predominante é a negativa.

Um diodo é formado quando se funde esses dois cristais de cargas opostas, formando uma junção denominada PN, quando realizamos esta junção as camadas no centro da junção tendem a se equilibrar elétricamente, ou seja, ocorre uma recombinação dos elétrons, uma vez que o material tipo P carregado positivamente, tem a tendência de atrair os elétrons do lado tipo N. Quando isso acontece o material tende a equilibrar as cargas elétricas no centro da junção gerando uma área denominada camada de depleção. É importante destacar que este rearranjo ocorre somente no centro da junção onde as forças de atração tem maior intensidade, as extremidades da junção continuam polarizadas com as cargas originais.

Denominamos o centro como camada de depleção ela é responsável por isolar eletricamente uma extremidade do diodo da outra observe o exemplo através da imagem que exemplifica a formação de uma junção PN de um diodo:

Formação de uma junção pn em um diodo e camada de depleção

Quando um diodo é polarizado reversamente a camada de depleção tende a se expandir com a atração das cargas opostas, desta forma a resistência à passagem de corrente elétrica se torna maior entre os terminas o diodo, o mesmo passa a trabalhar como uma chave aberta isolando o circuito elétrico. Observe a figura abaixo que exemplifica o fenômeno:

Diodo como uma chave aberta polarizado reversamente

Quando o diodo é polarizado diretamente as cargas elétricas tendem a comprimir a camada de depleção uma vez que as  cargas iguais tendem a se repelirem, o que causa a compressão da camada de depleção, sendo assim, a camada de depleção é comprimida de tal forma que já não oferece mais grande resistência a passagem de corrente elétrica, o diodo passa a conduzir corrente elétrica entre seus terminais, comportando-se como uma chave fechada no circuito. Ao conduzir a corrente elétrica o diodo consome  0,7 V (para diodos de silício), observamos uma pequena queda de tensão na tensão original de alimentação do diodo. Observe o exemplo na figura ano funcionamento baixo:

Diodo como uma chave fechada polarizado diretamente

O funcionamento de um diodo de potência é muito semelhante ao diodo conceitual apresentado, a diferença se da na camada N, camada extra de metal abordada anteriormente, esta camada se comporta com a função do cristal tipo N, exercendo o papel da camada N no funcionamento do diodo.

Para saber se um diodo de potência está trabalhando como chave fechada ou aberda basta atentar para as seguintes configurações de polarização:

Modos de polarização dos diodos e seus comportamentos nos circuitos elétricos

Quais são as aplicações de diodos de potência

Os diodos de potência são largamente utilizados nas indústrias principalmente em circuitos retificadores de alimentação não controlados ou semi-controlados como estações nobreak de subestações e grandes servidores de TI, outra aplicação muito comum é o caminho de retorno para cargas indutivas, um exemplo desta aplicação é o diodo de potência conhecido como roda livre, ele trabalha para proteger os circuitos de acionamento através conversores DC de grandes bobinas comuns em separadores magnéticos ou grandes eletroímãs.

Quando essas bobinas são desenergizadas o campo magnético remanescente no indutor gera uma tensão reversa, capaz de danificar os tiristores dos conversores, quando a tensão reversa é gerada o diodo ligado em paralelo com o terra, passa a ser polarizado diretamente e descarrega a tensão para terra protegendo os tiristores do equipamento.

Quais são as Características dos diodos de potência

As principais características destes semi-condutores são a alta capacidade de conduzir elevadas correntes elétricas, suporta grandes intensidades de tensão reversa sem danificar seu funcionamento.

Os diodos de potência geralmente promovem uma maior queda de tensão quando polarizados diretamente os valores variam de acordo com o tipo de diodo e sua potência, o valor da queda de tensão é fornecido pelo próprio fabricante.

O comportamento das curvas dos diodos de potencia são semelhantes a família dos diodos de aplicação eletrônica.

Disponibilizamos um video completo para o seu entendimento do funcionamento e aplicação dos diodos vale a pena dar uma conferida e sanar aquelas dúvidas que ainda persistem.

Finalizamos aqui este artigo e esperamos ter ajudado a esclarecer as dúvidas sobre os diodos de potência! Se ainda tiver restado alguma dúvida ou curiosidade sobre este assunto, deixe nos comentários que iremos responder.

Sobre o autor

Eletricista desde 2006, Henrique Mattede também é autor, professor, técnico em eletrotécnica e engenheiro eletricista em formação. É educador renomado na área de eletricidade e um dos precursores do ensino de eletricidade na internet brasileira. Já produziu mais de 1000 videoaulas no canal Mundo da Elétrica no Youtube, cursos profissionalizantes e centenas de artigos técnicos. O conteúdo produzido por Henrique é referência em escolas, faculdades e universidades e já recebeu mais de 120 milhões de acessos na internet.

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