¿Cómo puedo reducir la potencia de los diodos en paralelo con coeficientes de temperatura negativos?

Question

En mi aplicación, mi corriente de carga es de 1,4 amperios, y por razones de coste, disponibilidad y tiempo de recuperación, quiero utilizar este particular Diodo de 1 amperio. Como muchos diodos, éste tiene un coeficiente de temperatura negativo; cuanto más se calientan, menor es su caída de tensión para una corriente fija. Esto significa que si pones en paralelo dos diodos, no está garantizado que compartan bien la corriente; un dispositivo tomará más corriente que el otro, calentándolo más, lo que hará que tome aún más corriente.

¿Cómo puedo calcular cuántos diodos de 1 amperio se necesitan en paralelo para transportar 1,4 amperios?

Answer 1

La unión de un diodo puede aproximarse como una caída de tensión en serie con una resistencia. Estos dos valores no se indican explícitamente en la hoja de datos, ya que siempre se pueden extrapolar a partir de la curva V-I del dispositivo: elija dos puntos en la región lineal de la curva y trace una línea entre esos dos puntos. La intersección del eje V es la caída de tensión, y la pendiente V/I es la resistencia. Como la curva V-I cambia con la temperatura, también lo harán estos valores.

Poniendo dos de los diodos BYG23T especificados en paralelo, suponiendo que uno está a la temperatura máxima de 150C y el otro a la temperatura "fría" de 25C, obtenemos esta aproximación, con V2/R2 como el más caliente de los dos diodos:

simular este circuito - Esquema creado con CircuitLab

Obviamente, este es el peor de los casos; es casi inimaginable que un diodo esté a 150C mientras el otro está a 25C. Pero si sobrevivimos a este escenario, también sobreviviremos a otros más realistas.

Supongamos también que hay exactamente un diodo a 150C, y un número arbitrario n de diodos a 25C. El único diodo a 150C limitará que toda la combinación en paralelo tome más corriente, y todos los demás diodos que estén a 25C minimizarán su contribución a la capacidad de corriente general del conjunto en paralelo.

Sabemos que la corriente total a través del conjunto en paralelo es la suma de las corrientes a través de cada rama.

\$I_{total}=nI_1+I_2 \$

También sabemos que la tensión en cada rama es idéntica.

\$V_1+I_1R_1=V_2+I_2R_2\$

\$V_1\$ , \$V_2\$ , \$R_1\$ , \$R_2\$ y \$I_2\$ puede obtenerse de las hojas de datos. \$I_{total}\$ depende de la aplicación. Esto nos deja con dos variables ( \$I_1\$ y \$n\$ ) y dos ecuaciones. Resolviendo para n y omitiendo algunos pasos:

\$n=\lceil\frac{R_1(I_{total}-I_{2})}{V_2-V_1+I_2R_2}\rceil\$

Alternativamente, si sabemos \$n\$ podemos resolver la corriente real que verá el diodo más caliente.

\$I_2=\frac{I_{total}R_1+n(V_1-V_2)}{R_1+nR_2}\$

En este caso concreto, con los valores de este diodo en particular y una corriente de carga de 1,4 amperios, se necesitan tres diodos de 25C en paralelo para garantizar que el diodo de 150C no vea más de 1A. La corriente real a través del diodo caliente en esa situación es de poco menos de un amperio.

Eso nos da un total de cuatro diodos de 1A en paralelo para llevar una carga de 1,4 amperios. Esto es, con toda seguridad, una exageración. Nuestros cálculos podrían mejorar si pudiéramos tener en cuenta el efecto de la temperatura en la curva V-I del dispositivo. Pero las ecuaciones se vuelven mucho más complejas, y tendríamos que tener alguna idea sobre la variación de la respuesta a la temperatura que podríamos esperar de un dispositivo a otro. No es una especificación que haya visto en ninguna hoja de datos.

Según las ecuaciones que he realizado para este conjunto concreto de diodos, un desequilibrio del 25% haría que un diodo tomara toda la corriente a medio amperio; el 31% a 1 amperio. Como la hoja de datos no indica la variación de un componente a otro, al poner los diodos en paralelo siempre corremos el riesgo de que el desequilibrio sea suficiente para arruinar todo el esquema.

Suponiendo un desequilibrio del 10%, entiendo que dos diodos no son suficientes para transportar 1,4 amperios. Al 20% de desequilibrio, tres no son suficientes.