Què són els díodes de potència?
Què són els díodes de potència?
Díode de potència
Un díode de potència es defineix com un díode utilitzat en circuits electrònics de potència, capaç de gestionar corrents més altes que els díodes normals. Té dos terminals i condueix la corrent en una sola direcció, amb una construcció dissenyada per aplicacions de major potència.
Per entendre millor els díodes de potència, revisem com funciona un díode estàndard. Un díode es defineix com el dispositiu semiconductor més simple, amb dues capes, dos terminals i una junta.
Els díodes de senyal ordinaris tenen una junta formada per un semiconductors de tipus p i un semiconductors de tipus n. La branca que uneix el tipus p s'anomena ànoda, i la branca que uneix el tipus n s'anomena càtode.
La figura següent il·lustra l'estructura d'un díode ordinari i el seu símbol.
Els díodes de potència també són similars als díodes normals, encara que varien lleugerament en la seva construcció.
En els díodes normals (també coneguts com a "díodes de senyal"), el nivell de dopatge de les parts P i N és el mateix i, per tant, obtenim una junta PN, però en els díodes de potència, tenim una junta formada entre un P fortement dopat i un N+ lleugerment dopat - la capa que es creix epitaxialment sobre una capa de N fortement dopat. Per tant, l'estructura té l'aspecte que es mostra a la figura següent.
La capa N– és la característica clau del díode de potència que ho fa adequat per a aplicacions de alta potència. Aquesta capa està molt lleugerament dopada, gairebé intrínseca, i per això el dispositiu també es coneix com a díode PIN, on i significa intrínsec.
Com podem veure en la figura superior, la neutralitat de càrrega neta de la regió de càrrega espacial es manté encara, com era el cas en el díode de senyal, però l'espessor de la regió de càrrega espacial és bastant elevat i penetra profundament en la regió N–.
Això es deu a la seva concentració de dopatge lleugera, ja que sabem que l'espessor de la regió de càrrega espacial augmenta amb una disminució de la concentració de dopatge.
Aquest increment de l'espessor de la regió de depleció o de la regió de càrrega espacial ajuda el díode a bloquejar tensions inverses més grans i, per tant, té una tensió de trencament més gran.
No obstant això, afegir aquesta capa N– augmenta significativament la resistència ohmica del díode, provocant més generació de calor durant l'estat de conducció directa. Per això, els díodes de potència venen amb diversos muntatges per a una dissipació adequada de la calor.
Importància de la capa N-
La capa N- en els díodes de potència està lleugerament dopada, augmentant l'espessor de la regió de càrrega espacial i permetent tensions inverses més altes.
Característiques V-I
La figura següent mostra les característiques V-I d'un díode de potència, que són gairebé similars a les d'un díode de senyal.
En els díodes de senyal, per a la regió polaritzada directament, la corrent augmenta exponencialment, però en els díodes de potència, una corrent directa alta provoca una caiguda ohmica alta que domina el creixement exponencial i la corba augmenta gairebé linealment.
La tensió inversa màxima que el díode pot suportar es representa per VRRM, és a dir, la tensió repetitiva inversa màxima.
Per sobre d'aquesta tensió, la corrent inversa augmenta de manera abrupta, i com que el díode no està dissenyat per dissipar aquesta quantitat tan elevada de calor, pot destruir-se. Aquesta tensió també es pot anomenar tensió inversa màxima (PIV).
Temps de recuperació inversa
La figura mostra la característica de recuperació inversa d'un díode de potència. Quan el díode es desactiva, la corrent decreix de IF a zero i continua en sentit invers degut a les càrregues emmagatzemades en la regió de càrrega espacial i la regió semiconductor.
Aquesta corrent inversa assolint un píxel IRR i torna a acostar-se a zero, i finalment, el díode es desactiva després d'un temps trr.
Aquest temps es defineix com el temps de recuperació inversa i es defineix com el temps entre el moment en què la corrent directa arriba a zero i el moment en què la corrent inversa decreix a un 25% de IRR. Després d'aquest temps, es diu que el díode ha assolit la seva capacitat de bloqueig invers.
Factor de suavitat
El factor de suavitat dels díodes de potència és la raó entre els temps de retirada de càrrega de les regions semiconductor i depleció, indicant transients de tensió en l'apagada.
