چه چیزی دایود های توان را تشکیل می دهد

چه هستند دیودهای قدرت؟

دیود قدرت

دیود قدرت به عنوان یک دیود در مدارهای الکترونیک قدرت تعریف می‌شود که قادر است جریان‌های بیشتری نسبت به دیودهای معمولی را تحمل کند. این دیود دو سرآمد دارد و فقط در یک جهت جریان را انتقال می‌دهد و ساختار آن برای کاربردهای با قدرت بالاتر طراحی شده است.

برای درک بهتر دیودهای قدرت، بیایید به چگونگی کارکرد یک دیود استاندارد بازگردیم. دیود به عنوان ساده‌ترین دستگاه نیمه‌رسانا تعریف می‌شود که دارای دو لایه، دو سرآمد و یک پیوند است.

دیودهای سیگنال معمولی دارای یک پیوند تشکیل شده توسط یک نیمه‌رسانا نوع P و یک نیمه‌رسانا نوع N هستند. سرآمد متصل به نوع P به نام آند و سرآمد متصل به نوع N به نام کاتد نامیده می‌شود.

شکل زیر ساختار یک دیود معمولی و نماد آن را نشان می‌دهد.

دیودهای قدرت نیز مشابه دیودهای معمولی هستند، اگرچه در ساختار خود کمی متفاوت هستند.

در دیودهای معمولی (همچنین به نام "دیود سیگنال")، سطح دوپینگ دو سمت P و N یکسان است و بنابراین یک پیوند PN بدست می‌آید، اما در دیودهای قدرت، یک پیوند بین یک P دوپینگ شده سنگین و یک N+ دوپینگ شده کم‌حجم (که روی یک لایه N دوپینگ شده سنگین رشد اپیتاکسیال می‌کند) تشکیل می‌شود. بنابراین ساختار به شکل زیر است.

لایه N- ویژگی کلیدی دیود قدرت است که آن را برای کاربردهای با قدرت بالا مناسب می‌کند. این لایه به شدت کم‌حجم دوپینگ شده و تقریباً ذاتی است و بنابراین دستگاه نیز به عنوان یک دیود PIN شناخته می‌شود که i برای ذاتی استفاده می‌شود.

مانند آنچه در شکل بالا مشاهده می‌کنیم، بارگذاری فضایی منطقه بارگذاری همچنان حفظ می‌شود مانند دیود سیگنال، اما ضخامت منطقه بارگذاری فضایی بسیار زیاد است و عمیقاً به داخل منطقه N- نفوذ کرده است.

این به دلیل غلظت دوپینگ کم آن است، زیرا می‌دانیم که ضخامت منطقه بارگذاری فضایی با کاهش غلظت دوپینگ افزایش می‌یابد.

افزایش ضخامت منطقه نابودی یا منطقه بارگذاری فضایی به دیود کمک می‌کند تا ولتاژ معکوس بزرگتری را مسدود کند و بنابراین ولتاژ شکست بیشتری داشته باشد.

با این حال، افزودن این لایه N- مقاومت اهمی دیود را به طور قابل توجهی افزایش می‌دهد و منجر به تولید گرمای بیشتر در حالت رسانایی پیشرو می‌شود. بنابراین دیودهای قدرت با انواع مختلف نصب برای تخلیه حرارت صحیح عرضه می‌شوند.

اهمیت لایه N-

لایه N- در دیودهای قدرت به شدت کم‌حجم دوپینگ شده است که ضخامت منطقه بارگذاری فضایی را افزایش می‌دهد و اجازه می‌دهد ولتاژهای معکوس بیشتری تحمل شوند.

خصوصیات V-I

شکل زیر خصوصیات V-I یک دیود قدرت را نشان می‌دهد که تقریباً مشابه دیود سیگنال است.

در دیودهای سیگنال برای منطقه پیشرو، جریان به صورت نمایی افزایش می‌یابد، اما در دیودهای قدرت، جریان پیشرو بالا منجر به سقوط اهمی بالا می‌شود که رشد نمایی را غالب می‌کند و منحنی تقریباً خطی افزایش می‌یابد.

بیشترین ولتاژ معکوس که دیود می‌تواند تحمل کند توسط VRRM نشان داده می‌شود، یعنی ولتاژ تکراری معکوس بالا.

بالای این ولتاژ، جریان معکوس به طور ناگهانی بسیار زیاد می‌شود و چون دیود برای تخلیه چنین مقدار بالایی از گرما طراحی نشده است، ممکن است تخریب شود. این ولتاژ ممکن است به عنوان ولتاژ معکوس بالا (PIV) نیز نامیده شود.

زمان بازیابی معکوس

شکل زیر خصوصیات بازیابی معکوس یک دیود قدرت را نشان می‌دهد. هرگاه دیود خاموش شود، جریان از IF به صفر کاهش می‌یابد و سپس به دلیل بارهای ذخیره شده در منطقه بارگذاری فضایی و منطقه نیمه‌رسانا، در جهت معکوس ادامه می‌یابد.

این جریان معکوس به IRR بیشینه می‌رسد و دوباره به سمت صفر می‌رود و در نهایت دیود پس از زمان trr خاموش می‌شود.

این زمان به عنوان زمان بازیابی معکوس تعریف می‌شود و به عنوان زمان بین لحظه‌ای که جریان پیشرو به صفر می‌رسد و لحظه‌ای که جریان معکوس به ۲۵٪ IRR کاهش می‌یابد تعریف می‌شود. پس از این زمان دیود توانایی مسدود کردن معکوس خود را به دست می‌آورد.

فاکتور نرمی

فاکتور نرمی دیودهای قدرت نسبت زمان‌های حذف بار از مناطق نیمه‌رسانا و مناطق بارگذاری فضایی است که نشان‌دهنده تغییرات ولتاژ در زمان خاموش شدن است.