Distribución actual para zeners en paralelo

Question

Supongamos que tienes dos zeners de 5V1 en paralelo. Debido a las pequeñas diferencias entre las dos partes (tolerancia en el voltaje del zener), uno de ellos conducirá más corriente.

simula este circuito – Esquemático creado utilizando CircuitLab

El que consuma más corriente se calentará más. Esto probablemente afectará sus propiedades. ¿Qué tipo de equilibrio se alcanzará? ¿Se distribuirá la corriente de manera uniforme entre ellos?

No podría estimar por mí mismo qué equilibrio se alcanzaría porque...

1. Me confundí con los coeficientes de temperatura. Algunos zeners tienden hacia coeficientes de temperatura negativos, otros hacia coeficientes de temperatura positivos.

2. Los coeficientes de temperatura negativos serían el peor escenario: el voltaje del zener caería cuando la parte se calienta, consumiendo aún más corriente. Sin embargo, al consumir más corriente, el voltaje sobre el diodo aumentará un poco porque la curva I-V-Curve del zener no es ideal. Esto empujaría algo de corriente hacia los otros zeners montados en paralelo. ¿Pero sería suficiente para superar los efectos perjudiciales de un coeficiente de temperatura negativo?

Answer 1

Los diodos Zener de bajo voltaje (unos 5V) presentan una verdadera ruptura Zener, es decir, el túnel de banda a banda. A mayor temperatura, es más probable que ocurra el túnel debido a que la energía del portador es mayor (y también se reduce la brecha de energía).

Por lo tanto, podría producirse un desbordamiento térmico. De hecho, a diferencia de los diodos normales (o diodos LED) en conducción directa, pequeñas desigualdades pueden provocar grandes variaciones de corriente, ya que la curva es muy pronunciada en el voltaje de ruptura. Es probable que el Zener que lleva más corriente se caliente más (lo que reducirá el voltaje Zener, etc.).

Los diodos Zener de alto voltaje (por ejemplo, 10V o más) presentan, en cambio, la ruptura por avalancha. Los portadores se aceleran por un campo eléctrico y, si alcanzan la energía suficiente, producirán más pares electrón-hueco, debido a la ionización por impacto (que, a su vez, son acelerados por el campo eléctrico, etc.). Sin embargo, a mayor temperatura, mayor será la vibración de la red y, por lo tanto, menor será la probabilidad de que un electrón pueda ganar suficiente energía entre impactos, por lo tanto, será menos probable que se ionice (es decir, producir otro par electrón-hueco).

De esta forma, habrá una retroalimentación negativa, que hará que el diodo que inicialmente lleva más corriente sea menos conductivo (por lo tanto, la corriente se distribuirá de manera más equitativa).

Las hojas de datos muestran de hecho diferentes coeficientes de temperatura para diferentes valores Zener.

Answer 2

Puedes consultar una hoja de datos y notar que menciona un coeficiente de temperatura para el voltaje zener, lo cual responde a tu pregunta.

En el caso de un zener de 5V1, el coeficiente de temperatura puede ser positivo o negativo, ¡así que cualquier cosa puede suceder!

Para un zener de 3V, el coeficiente de temperatura es negativo, por lo que tendrás "current hogging".

Para un zener de 12V, el coeficiente de temperatura es positivo, por lo que tenderían a compartir la corriente.

Answer 3

No especificaste si estás utilizando zeners para protección contra sobretensiones (OV) o una fuente de voltaje.

Voy a asumir que quieres protección contra OV porque, si estuvieras construyendo una fuente de alimentación, querrías minimizar la energía desperdiciada al hacer funcionar un semiconductor en su región activa. Para el propósito de protección contra OV, un circuito mejor sería colocar varios circuitos de resistencia-zener en paralelo. Entonces tienes control tanto sobre el signo del coeficiente como sobre su magnitud. Piénsalo desde una perspectiva de retroalimentación. A medida que aumenta la corriente a través de una resistencia, su voltaje aumenta de forma proporcional. En un circuito serie de resistencia-zener, ahora que la resistencia está consumiendo más del voltaje total, hay menos voltaje para el zener consumir, por lo tanto su corriente será menor. Usando una resistencia serie, siempre puedes forzar al sistema a una retroalimentación negativa* sin importar el signo del coeficiente de temperatura del diodo. Cada diodo debe estar en serie con su propia resistencia y en paralelo con nada en absoluto. Pon tantos pares como sea necesario en paralelo para lograr un perfil de riesgo aceptable.

*No confundir el signo de la retroalimentación con el signo del coeficiente de temperatura.