Diode de putere

Compus gaura de electroni

Principiul de funcționare al majorității dispozitivelor semiconductoare se bazează pe fenomene și procese care au loc la limita dintre două regiuni ale unui semiconductor cu diferite tipuri de conductivitate electrică - electron (tip n) și gaură (tip p). În regiunea de tip n predomină electronii, care sunt principalii purtători de sarcini electrice, în regiunea p, acestea sunt sarcini pozitive (găuri). Limita dintre două regiuni de diferite tipuri de conductivitate se numește joncțiune pn.

Din punct de vedere funcțional, dioda (Fig. 1) poate fi considerată un comutator electronic necontrolat cu conducție unilaterală. O diodă se află în starea conducătoare (comutator închis) dacă i se aplică o tensiune directă.

Orez. 1. Denumirea grafică convențională a diodei

Curentul prin dioda iF este determinat de parametrii circuitului extern, iar căderea de tensiune în structura semiconductoare este de mică importanță. Dacă se aplică o tensiune inversă diodei, aceasta se află într-o stare neconductivă (comutator deschis) și un curent mic trece prin ea. Căderea de tensiune pe diodă în acest caz este determinată de parametrii circuitului extern.

Protecția diodelor

Cele mai tipice cauze ale defecțiunilor electrice ale unei diode sunt o rată mare de creștere a curentului direct diF / dt atunci când este pornit, supratensiunea când este oprită, depășirea valorii maxime a curentului direct și ruperea structurii cu o tensiune inversă inacceptabil de mare.

La valori mari ale diF / dt, în structura diodei apare o concentrație neuniformă a purtătorilor de sarcină și, ca urmare, supraîncălzirea locală cu deteriorarea ulterioară a structurii. Principalul motiv pentru valorile mari ale diF / dt este mic inductanţă într-un circuit care conține o sursă de tensiune directă și o diodă pornită. Pentru a reduce valorile diF / dt, o inductanță este conectată în serie cu dioda, ceea ce limitează rata de creștere a curentului.

Pentru a reduce valorile amplitudinii tensiunilor aplicate diodei atunci când circuitul este oprit, se utilizează un rezistor R conectat în serie și condensator C este așa-numitul circuit RC conectat în paralel cu dioda.

Pentru a proteja diodele de suprasarcinile curente în modurile de urgență, se folosesc siguranțe electrice de mare viteză.

Principalele tipuri de diode de putere

În funcție de principalii parametri și scop, diodele sunt de obicei împărțite în trei grupuri: diode de uz general, diode de recuperare rapidă și diode Schottky.

Diode de uz general

Acest grup de diode se distinge prin valori mari ale tensiunii inverse (de la 50 V la 5 kV) și ale curentului direct (de la 10 A la 5 kA). Structura semiconductoare masivă a diodelor le degradează performanța. Prin urmare, timpul de recuperare inversă al diodelor este de obicei în intervalul 25-100 μs, ceea ce limitează utilizarea lor în circuite cu frecvențe peste 1 kHz.De regulă, funcționează în rețele industriale cu o frecvență de 50 (60) Hz. Căderea continuă de tensiune între diodele acestui grup este de 2,5-3 V.

Diodele de putere vin în pachete diferite. Cele mai răspândite sunt două tipuri de execuție: un știft și o tabletă (Fig. 2 a, b).

Orez. 2. Construcția corpurilor de diode: a — pin; b — tabletă

Diode de recuperare rapidă. În producția acestui grup de diode, sunt utilizate diverse metode tehnologice pentru a reduce timpul de recuperare inversă. În special, se folosește dopajul cu siliciu folosind metoda difuziei aurului sau platinei, ceea ce face posibilă reducerea timpului de recuperare la 3-5 μs. Cu toate acestea, acest lucru reduce valorile admisibile ale curentului direct și tensiunii inverse. Valorile admisibile ale curentului sunt de la 10 A la 1 kA, tensiune inversă - de la 50 V la 3 kV. Cele mai rapide diode au un timp de recuperare inversă de 0,1-0,5 μs. Astfel de diode sunt utilizate în circuite de impulsuri și de înaltă frecvență cu frecvențe de 10 kHz și mai mari. Designul diodelor din acest grup este similar cu cel al diodelor de uz general.

Dioda Schottky

Principiul de funcționare al diodelor Schottky se bazează pe proprietățile regiunii de tranziție dintre metal și materialul semiconductor. Pentru diodele de putere, un strat de siliciu sărăcit de tip n este utilizat ca semiconductor. În acest caz, există o sarcină negativă în regiunea de tranziție pe partea metalică și o sarcină pozitivă pe partea semiconductorului.

O particularitate a diodelor Schottky este că curentul direct se datorează mișcării doar a purtătorilor principali - electronii. Lipsa acumulării purtătoarelor minoritare reduce semnificativ inerția diodelor Schottky.Timpul de recuperare nu este de obicei mai mare de 0,3 μs, căderea de tensiune directă este de aproximativ 0,3 V. Valorile curentului invers în aceste diode sunt cu 2-3 ordine de mărime mai mari decât în ​​diodele p-n-jonct. Tensiunea inversă limită nu este de obicei mai mare de 100 V. Sunt utilizate în circuitele de impulsuri de înaltă frecvență și joasă tensiune.