Diod kuasa

Sebatian lubang elektron

Prinsip operasi kebanyakan peranti semikonduktor adalah berdasarkan fenomena dan proses yang berlaku di sempadan antara dua kawasan semikonduktor dengan jenis kekonduksian elektrik yang berbeza - elektron (jenis-n) dan lubang (jenis-p). Di rantau jenis-n, elektron mendominasi, yang merupakan pembawa utama cas elektrik, di rantau p, ini adalah cas positif (lubang). Sempadan antara dua kawasan jenis kekonduksian yang berbeza dipanggil persimpangan pn.

Secara fungsional, diod (Rajah 1) boleh dianggap sebagai suis elektronik yang tidak terkawal dengan pengaliran satu sisi. Diod berada dalam keadaan pengalir (suis tertutup) jika voltan hadapan dikenakan padanya.

nasi. 1. Penamaan grafik konvensional diod

Arus melalui diod iF ditentukan oleh parameter litar luaran, dan penurunan voltan dalam struktur semikonduktor tidak begitu penting. Jika voltan terbalik dikenakan pada diod, ia berada dalam keadaan tidak konduktif (suis terbuka) dan arus kecil mengalir melaluinya. Penurunan voltan merentasi diod dalam kes ini ditentukan oleh parameter litar luaran.

Perlindungan diod

Punca paling tipikal bagi kegagalan elektrik diod ialah kadar kenaikan arus hadapan diF / dt yang tinggi apabila dihidupkan, voltan lampau apabila dimatikan, melebihi nilai maksimum arus hadapan dan memecahkan struktur dengan voltan songsang yang tidak boleh diterima.

Pada nilai diF / dt yang tinggi, kepekatan pembawa cas yang tidak sekata muncul dalam struktur diod dan, akibatnya, terlalu panas setempat dengan kerosakan berikutnya pada struktur. Sebab utama nilai tinggi diF / dt adalah kecil induktansi dalam litar yang mengandungi sumber voltan ke hadapan dan diod on. Untuk mengurangkan nilai diF / dt, induktansi disambungkan secara bersiri dengan diod, yang mengehadkan kadar kenaikan arus.

Untuk mengurangkan nilai amplitud voltan yang digunakan pada diod apabila litar dimatikan, perintang bersambung siri R digunakan dan kapasitor C ialah apa yang dipanggil litar RC yang disambungkan selari dengan diod.

Untuk melindungi diod daripada beban lampau semasa dalam mod kecemasan, fius elektrik berkelajuan tinggi digunakan.

Jenis utama diod kuasa

Mengikut parameter dan tujuan utama, diod biasanya dibahagikan kepada tiga kumpulan: diod tujuan umum, diod pemulihan cepat dan diod Schottky.

Diod tujuan am

Kumpulan diod ini dibezakan oleh nilai voltan terbalik yang tinggi (dari 50 V hingga 5 kV) dan arus hadapan (dari 10 A hingga 5 kA). Struktur semikonduktor besar diod merendahkan prestasinya. Oleh itu, masa pemulihan terbalik diod biasanya dalam julat 25-100 μs, yang mengehadkan penggunaannya dalam litar dengan frekuensi melebihi 1 kHz.Sebagai peraturan, mereka bekerja dalam rangkaian perindustrian dengan frekuensi 50 (60) Hz. Kejatuhan voltan berterusan merentasi diod kumpulan ini ialah 2.5-3 V.

Diod kuasa datang dalam pakej yang berbeza. Yang paling meluas ialah dua jenis pelaksanaan: pin dan tablet (Rajah 2 a, b).

nasi. 2. Pembinaan badan diod: a — pin; b - tablet

Diod pemulihan cepat. Dalam pengeluaran kumpulan diod ini, pelbagai kaedah teknologi digunakan untuk mengurangkan masa pemulihan terbalik. Khususnya, doping silikon menggunakan kaedah penyebaran emas atau platinum digunakan. Ini memungkinkan untuk mengurangkan masa pemulihan kepada 3-5 μs. Walau bagaimanapun, ini mengurangkan nilai arus hadapan dan voltan terbalik yang dibenarkan. Nilai arus yang dibenarkan adalah dari 10 A hingga 1 kA, voltan terbalik - dari 50 V hingga 3 kV. Diod terpantas mempunyai masa pemulihan terbalik 0.1-0.5 μs. Diod sedemikian digunakan dalam litar nadi dan frekuensi tinggi dengan frekuensi 10 kHz dan lebih tinggi. Reka bentuk diod dalam kumpulan ini adalah serupa dengan diod tujuan am.

Diod Schottky

Prinsip operasi diod Schottky adalah berdasarkan sifat kawasan peralihan antara logam dan bahan semikonduktor. Untuk diod kuasa, lapisan silikon habis jenis n digunakan sebagai semikonduktor. Dalam kes ini, terdapat cas negatif di kawasan peralihan pada bahagian logam dan cas positif pada bahagian semikonduktor.

Keanehan diod Schottky ialah arus ke hadapan adalah disebabkan oleh pergerakan hanya pembawa utama — elektron. Kekurangan pengumpulan pembawa minoriti dengan ketara mengurangkan inersia diod Schottky.Masa pemulihan biasanya tidak lebih daripada 0.3 μs, penurunan voltan ke hadapan adalah kira-kira 0.3 V. Nilai arus terbalik dalam diod ini adalah 2-3 susunan magnitud lebih tinggi daripada diod p-n-junction. Voltan terbalik yang mengehadkan biasanya tidak lebih daripada 100 V. Ia digunakan dalam litar nadi frekuensi tinggi dan voltan rendah.