¿Qué son los diodos de potencia?
¿Qué son los diodos de potencia?
Diodo de potencia
Un diodo de potencia se define como un diodo utilizado en circuitos electrónicos de potencia, capaz de manejar corrientes más altas que los diodos regulares. Tiene dos terminales y conduce la corriente en una dirección, con una construcción diseñada para aplicaciones de mayor potencia.
Para entender mejor los diodos de potencia, revisemos cómo funciona un diodo estándar. Un diodo se define como el dispositivo semiconductor más simple, con dos capas, dos terminales y una unión.
Los diodos de señal ordinarios tienen una unión formada por un semiconductor tipo p y un semiconductor tipo n. El terminal que une el tipo p se llama ánodo, y el terminal que une el tipo n se llama cátodo.
La figura siguiente muestra la estructura de un diodo ordinario y su símbolo.
Los diodos de potencia también son similares a los diodos regulares, aunque varían ligeramente en su construcción.
En los diodos regulares (también conocidos como "diodos de señal"), el nivel de dopaje de ambos lados P y N es el mismo, por lo que obtenemos una unión PN, pero en los diodos de potencia, tenemos una unión formada entre un P altamente dopado y un N+ ligeramente dopado, la capa que se ha crecido epitaxialmente sobre una capa N altamente dopada. Por lo tanto, la estructura se ve como se muestra en la figura a continuación.
La capa N- es la característica clave del diodo de potencia que lo hace adecuado para aplicaciones de alta potencia. Esta capa está muy ligeramente dopada, casi intrínseca, y por eso el dispositivo también se conoce como diodo PIN, donde i significa intrínseco.
Como podemos ver en la figura anterior, la neutralidad de carga neta de la región de carga espacial se mantiene, como era el caso en el diodo de señal, pero el grosor de la región de carga espacial es bastante alto y penetra profundamente en la región N-.
Esto se debe a su baja concentración de dopaje, ya que sabemos que el grosor de la región de carga espacial aumenta con una disminución de la concentración de dopaje.
Este aumento en el grosor de la región de agotamiento o la región de carga espacial ayuda al diodo a bloquear voltajes inversos más altos y, por lo tanto, tiene un voltaje de ruptura mayor.
Sin embargo, agregar esta capa N- aumenta significativamente la resistencia ohmica del diodo, lo que lleva a una mayor generación de calor durante la conducción hacia adelante. Por lo tanto, los diodos de potencia vienen con diversos montajes para una disipación de calor adecuada.
Importancia de la capa N-
La capa N- en los diodos de potencia está ligeramente dopada, aumentando el grosor de la región de carga espacial y permitiendo voltajes inversos más altos.
Características V-I
La figura siguiente muestra las características v-i de un diodo de potencia, que son casi similares a las de un diodo de señal.
En los diodos de señal, para la región polarizada hacia adelante, la corriente aumenta exponencialmente, sin embargo, en los diodos de potencia, la corriente alta hacia adelante conduce a una caída ohmica alta que domina el crecimiento exponencial y la curva aumenta casi linealmente.
El voltaje inverso máximo que el diodo puede soportar se representa por VRRM, es decir, el voltaje repetitivo inverso pico.
Por encima de este voltaje, la corriente inversa se vuelve muy alta abruptamente y, como el diodo no está diseñado para disipar tal cantidad de calor, puede destruirse. Este voltaje también se puede llamar voltaje inverso pico (PIV).
Tiempo de recuperación inversa
La figura muestra la característica de recuperación inversa de un diodo de potencia. Cada vez que el diodo se apaga, la corriente decae desde IF hasta cero y continúa en dirección inversa debido a las cargas almacenadas en la región de carga espacial y la región del semiconductor.
Esta corriente inversa alcanza un pico IRR y luego comienza a acercarse a cero, y finalmente, el diodo se apaga después del tiempo trr.
Este tiempo se define como tiempo de recuperación inversa y se define como el tiempo entre el instante en que la corriente hacia adelante alcanza cero y el instante en que la corriente inversa decae al 25% de IRR. Después de este tiempo, se dice que el diodo ha alcanzado su capacidad de bloqueo inverso.
Factor de suavidad
El factor de suavidad de los diodos de potencia es la relación entre los tiempos de remoción de carga de las regiones del semiconductor y de agotamiento, indicando transitorios de voltaje al apagarse.
