Seleção de diodos retificadores e Schottky

Uma folha de dados não é uma lista de números soltos. Para selecionar um diodo, primeiro localize que tipo de informação está lendo e, em seguida, as condições que acompanham o valor.

Em geral, procure nesta ordem:

1. Identificação: nome da peça e breve descrição.
2. Encapsulamento e pinagem: formato físico e terminais.
3. Limites máximos absolutos: fronteiras que não devem ser excedidas.
4. Características elétricas: comportamento medido ou garantido em condições definidas.
5. Notas, curvas e gráficos: detalhes, referências de temperatura e limites de aplicação.

Os valores usados neste tutorial serão trechos didáticos fictícios, mas imitam a organização encontrada em folhas de dados reais.

Observe este trecho fictício de uma tabela de características. A coluna “condições de teste” faz parte da especificação: ela informa em qual corrente, tensão ou temperatura aquele resultado foi obtido.

| Parâmetro | Condições de teste | Mín. | Típ. | Máx. |
|---|---|---:|---:|---:|
| Queda direta V_F | I_F = 1,0 A; T_j = 25 °C | — | 0,82 V | 1,05 V |
| Corrente reversa I_R | V_R = 40 V; T_j = 25 °C | — | 2 µA | 10 µA |

Por exemplo, 0,82 V típico descreve um valor representativo observado em V_F nas condições indicadas. Ele não promete a queda de cada unidade. Já 1,05 V máximo é o limite declarado para V_F sob aquelas mesmas condições de teste.

Não transfira um valor para outra condição sem verificar a tabela ou uma curva apropriada.

Associe cada informação à seção em que você normalmente a procuraria primeiro em uma folha de dados.

V_RRM é a tensão reversa repetitiva máxima: o maior pico reverso que pode se repetir nos terminais do diodo, dentro das condições especificadas pelo fabricante.

Para selecionar o componente, compare o maior módulo da tensão reversa de pior caso com V_RRM. Não use simplesmente a tensão nominal da fonte: o pior caso fornecido pode incluir tolerâncias, variações e transientes conhecidos.

V_RRM aparece normalmente entre os limites máximos absolutos. Portanto, não é uma meta de operação; o projeto deve atender ao requisito com a margem definida para aquela aplicação.

A maior tensão reversa conhecida é 42 V, e o requisito pede margem de 25%. Qual é o V_RRM mínimo calculado?

Correntes com significados diferentes

Ao ler a folha de dados, comece identificando o regime de corrente do circuito. Dois números grandes na mesma tabela podem responder a perguntas totalmente diferentes:

• I_F(AV): corrente direta média admissível em condições definidas.
• I_FSM: corrente de surto não repetitivo, aplicada em um ensaio específico.

Nenhum deles deve ser usado isoladamente: leia sempre a forma de onda, a temperatura de referência e a condição de montagem associadas ao valor.

I_F(AV) é o limite de corrente direta média admissível. Ele costuma aparecer nos limites absolutos, mas vem acompanhado de condições que definem o ensaio: por exemplo, forma de onda, temperatura do terminal ou do ambiente, encapsulamento e montagem.

Assim, “1 A de I_F(AV)” não significa automaticamente que o diodo pode conduzir 1 A em qualquer placa, temperatura ou formato de pulso. É preciso comparar o regime real com as condições declaradas e depois conferir as restrições térmicas, que serão tratadas adiante.

I_FSM indica quanto o diodo suportou em um surto isolado sob as condições do teste. A folha de dados pode informar uma forma de onda, duração em milissegundos e condição térmica inicial.

Esse parâmetro é útil para avaliar um evento não repetitivo compatível com o ensaio. Ele não é uma corrente de operação contínua e não autoriza, por si só, pulsos que se repetem durante o funcionamento.

Um diodo tem I_F(AV) = 1 A e I_FSM = 30 A. Ele conduz pulsos de 10 A que se repetem continuamente. Como 10 A é menor que 30 A, o regime está automaticamente aprovado por I_FSM.

Diodos PN e Schottky podem retificar corrente, mas usam estruturas diferentes. Um PN usa uma junção entre regiões P e N. Um Schottky usa um contato metal-semicondutor.

Em muitas famílias de silício, o Schottky oferece menor queda direta (V_F) na mesma condição de corrente, o que pode reduzir a perda em condução. Como contrapartida usual, ele pode ter maior corrente de fuga reversa (I_R) e menor tensão reversa admissível (V_RRM) que um PN comparável.

São tendências, não regras absolutas: a folha de dados do candidato decide a comparação.

Não compare números que vieram de condições diferentes. Para avaliar V_F, confira a corrente direta e a temperatura associadas ao valor. Um valor típico descreve um comportamento esperado, mas não é um limite garantido. Quando há um máximo garantido compatível com sua condição, ele é mais apropriado para verificar uma restrição de projeto.

Para I_R, confira ao menos a tensão reversa e a temperatura de teste. A fuga costuma aumentar com a temperatura; portanto, um valor medido a 25 °C não prova atendimento em uma condição mais quente.

Uma sequência curta ajuda a justificar a escolha:

1. Compare o pior pico reverso, com a margem definida, contra V_RRM.
2. Verifique V_F na corrente e temperatura pertinentes; indique se o dado é típico ou máximo garantido.
3. Verifique I_R na tensão reversa e temperatura pertinentes.
4. Escolha apenas entre candidatos que atendam a todos os requisitos.

Neste caso fictício, o PN-A é o candidato compatível: V_RRM de 100 V supera os 36 V requeridos e I_R máxima de 5 µA atende ao limite. O Schottky-B tem menor V_F, mas sua I_R máxima de 2 mA excede 50 µA.

Quando um diodo passa de condução direta para bloqueio reverso, ele não interrompe a corrente instantaneamente. Durante um breve intervalo, pode surgir uma corrente no sentido reverso: é a recuperação reversa.

O tempo de recuperação reversa, t_rr, descreve esse transitório nas condições de ensaio informadas na folha de dados. Ele importa quando o circuito exige que o diodo bloqueie rapidamente após ter conduzido.

Leia t_rr junto das condições de teste. Um valor pode ser especificado, por exemplo, para determinada corrente direta antes da comutação, taxa de variação de corrente, tensão reversa e temperatura.

Compare esse ensaio com a aplicação. Um número isolado, sem suas condições, não permite concluir que dois diodos terão o mesmo comportamento no seu circuito.

Considere candidatos fictícios que já atendem aos requisitos de tensão reversa, corrente e temperatura da aplicação. O requisito dinâmico adicional é t_rr máximo de 100 ns, nas condições comparáveis às da tabela.

Qual candidato atende diretamente a esse requisito?

Quando a corrente direta é aproximadamente constante, uma estimativa inicial da perda em condução é:

P_cond ≈ V_F × I_F

Use um valor de V_F compatível com a corrente e a temperatura do caso analisado. Para verificar limite, um valor máximo garantido costuma ser mais prudente que um valor típico, quando ambos forem aplicáveis.

Essa conta estima apenas a perda de condução. Fuga reversa e efeitos de comutação podem acrescentar perdas em outras condições.

Uma curva de redução de corrente ou potência mostra que a capacidade do componente diminui à medida que sua referência de temperatura aumenta. Antes de usar a curva, identifique a referência: ela pode ser temperatura ambiente, do terminal ou outra condição indicada.

Também confira o contexto da curva: encapsulamento, área de cobre, posição de montagem e ventilação podem mudar a capacidade de remover calor. Portanto, uma corrente anunciada no resumo da folha de dados não vale automaticamente para qualquer instalação.

Considere dois candidatos fictícios na mesma montagem, a 60 °C de temperatura ambiente. A folha de dados, para essa montagem, informa potência máxima permitida de 0,55 W. A corrente do circuito é aproximadamente constante em 0,60 A.

• Candidato A: V_F máximo aplicável = 0,82 V
• Candidato B: V_F máximo aplicável = 0,98 V

Qual candidato passa nesta verificação térmica de condução, mantendo alguma margem em relação a 0,55 W?

Uma seleção defensável não começa pelo nome da tecnologia. Organize a análise nesta ordem:

1. Defina os requisitos de pior caso nos terminais: tensão reversa, corrente, pulsos, frequência e temperatura.
2. Confira limites compatíveis: V_RRM, I_F(AV) e, se necessário, dados de pulso.
3. Compare características em operação: V_F, I_R e comportamento de recuperação nas condições pertinentes.
4. Estime a dissipação e compare-a com a restrição térmica da montagem.
5. Registre a escolha, os descartes, as margens e as condições que precisam ser mantidas.

Um máximo absoluto delimita o uso do componente; não é uma condição normal de projeto. Também não combine valores obtidos sob condições de teste diferentes como se valessem simultaneamente.

Caso A — prioridade: fuga baixa e margem reversa

Dados didáticos fictícios. O diodo fica em bloqueio repetitivo de até 32 V nos terminais. O requisito do projeto determina V_RRM ≥ 48 V. Durante a condução, a corrente é aproximadamente constante em 0,35 A.

O regime é contínuo, e a temperatura ambiente é 55 °C. Os três candidatos têm I_F(AV) = 0,50 A, especificada para corrente contínua, temperatura ambiente de 55 °C e a mesma montagem do caso. Assim, 0,35 A é compatível com a condição declarada de I_F(AV).

Nessa montagem, a dissipação permitida é 0,40 W. Exige-se também I_R ≤ 100 µA, medida a 32 V e 55 °C. Os valores de V_F da próxima tabela são máximos a 0,35 A e 55 °C; use P_cond ≈ V_F × I_F como estimativa de condução.

Caso B — prioridade: baixa queda direta e resposta temporal

Dados didáticos fictícios. Há até 18 V reversos repetitivos nos terminais e o critério de margem é V_RRM ≥ 30 V.

A corrente direta é uma sequência de pulsos retangulares de 0,80 A, com duração de 80% de cada período. As transições ocorrem a 20 kHz. Portanto, para esta análise simplificada, a corrente direta média é 0,80 A × 0,80 = 0,64 A.

Os três candidatos têm I_F(AV) = 1,0 A, especificada para esses pulsos de 0,80 A, ciclo de trabalho de 80%, 20 kHz, temperatura ambiente de 45 °C e a mesma montagem do caso. Logo, o regime de 0,64 A médio é compatível com esse limite declarado.

O requisito temporal é de no máximo 100 ns no ensaio comparável informado. A fuga não pode exceder 0,50 mA a 18 V e 45 °C. A estimativa de perda de condução deve ficar abaixo de 0,40 W. Use P_cond ≈ V_F × 0,64 A. Ela não inclui perdas de comutação.

No Sch-40, o valor de 30 ns é um limite garantido do transitório reverso no ensaio indicado, que inclui o efeito capacitivo relevante para este caso fictício. Isso permite compará-lo ao requisito de 100 ns; o nome “Schottky”, por si só, não permitiria essa conclusão.

A opção escolhida ainda precisa atender tensão reversa, corrente média, fuga e dissipação. O PN rápido também passa pelos critérios fornecidos, mas tem maior perda de condução. Quando mais de um candidato atende, a prioridade explicitada pelo projeto orienta o desempate.