Какво са мощностните диоди?

Какво са мощностни диоди?

Мощностна диода

Мощностната диода е дефинирана като диода, използвана в цепи на мощностна електроника, способна да обработва по-големи токове от стандартните диоди. Тя има два терминала и провежда ток в една посока, с конструкция, предназначенa за приложения с по-висока мощност.

За да разберем по-добре мощностните диоди, нека погледнем как работи стандартната диода. Диодата е дефинирана като най-простият полупроводников компонент, с две слоеве, два терминала и един юнкциен переход.

Обикновените сигнали диоди имат юнкция, формирана от p тип полупроводник и n тип полупроводник. Водилото, свързано с p типа, се нарича анод, а водилото, свързано с n типа, се нарича катод.

Фигурата по-долу показва структурата на обикновена диода и нейния символ.

Мощностните диоди също са подобни на обикновените диоди, макар и малко да се различават в техните конструкции.

В обикновените диоди (известни също като "сигнални диоди"), концентрацията на дозирането на P и N страни е еднаква и затова получаваме PN юнкция, но в мощностните диоди, имаме юнкция, формирана между силно дозиран P и леко дозиран N+ – слой, който е епитаксиално израстен върху силно дозиран N слой. Затова структурата изглежда както е показано на фигурата по-долу.

N– слоят е ключовият елемент на мощностната диода, който я прави подходяща за приложения с висока мощност. Този слой е много леко дозиран, почти интраксиален, и затова устройството е известно също като PIN диода, където i означава интраксиален.

Както можем да видим на фигурата по-горе, нетната нейтралност на зарядовете в пространствената зарядна област все още се запазва, както беше случаят с сигналената диода, но дебелината на пространствената зарядна област е доста голяма и дълбоко прониква в N– областта.

Това е поради неговата лека концентрация на дозиране, както знаем, че дебелината на пространствената зарядна област се увеличава с намаляването на концентрацията на дозирането.

Тази увеличена дебелина на деплеционната или пространствената зарядна област помага на диодата да блокира по-големи обратни напрежения и следователно има по-голямо напрежение на пробив.

Однако, добавянето на N– слоя значително увеличава омското съпротивление на диодата, водещо до повече генериране на топлина при провеждане на тока в посока. Затова мощностните диоди се предлагат с различни монтажи за правилно разсейване на топлината.

Значението на N- слоя

N- слоят в мощностните диоди е леко дозиран, увеличавайки дебелината на пространствената зарядна област и позволявайки по-високи обратни напрежения.

V-I характеристики

Фигурата по-долу показва V-I характеристиките на мощностната диода, които са почти същите като на сигналената диода.

В сигналените диоди, за положително напрежение, токът се увеличава експоненциално, но в мощностните диоди, високият ток в посока води до висок омски спад, който доминира над експоненциалния ръст и кривата се увеличава почти линейно.

Максималното обратно напрежение, което диодата може да издържи, е показано от VRRM, т.е. пиковото повторяемо обратно напрежение.

Над това напрежение, обратният ток рязко се увеличава и тъй като диодата не е проектирана да разсейва такова количество топлина, тя може да се повреди. Това напрежение може да се нарече също пиково обратно напрежение (PIV).

Време за обратно възстановяване

Фигурата показва характеристиката на обратното възстановяване на мощностната диода. Когато диодата се изключва, токът се намалява от IF до нула и продължава в обратна посока поради зарядите, съхранени в пространствената зарядна област и полупроводниковата област.

Този обратен ток достига пик IRR и отново започва да се приближава към нулева стойност и накрая, диодата е изключена след време trr.

Това време се дефинира като време за обратно възстановяване и се дефинира като времето между моментa, в който токът в посока достига нула, и моментa, в който обратният ток се намалява до 25% от IRR. След това време диодата се счита, че е постигнала своето обратно блокиращо качество.

Коефициент на мекост

Коефициентът на мекост на мощностните диоди е отношението на времето за изваждане на зарядите от полупроводниковата и деплеционната области, указващо напреженията при изключване.