Que son os díodos de potencia?

Que son os díodos de potencia?

Díodo de potencia

Un díodo de potencia defínese como un díodo usado en circuitos electrónicos de potencia, capaz de manexar correntes superiores ás dos díodos normais. Ten dous terminais e conduce a corrente nunha soa dirección, cunha construción deseñada para aplicacións de alta potencia.

Para entender mellor os díodos de potencia, revisemos como funciona un díodo estándar. Un díodo defínese como o dispositivo semiconductador máis simple, con dúas capas, dous terminais e unha xunción.

Os díodos de sinal normais teñen unha xunción formada por un semiconductor do tipo p e un semiconductor do tipo n. A conexión co tipo p chámase ánodo, e a conexión co tipo n chámase catodo.

A figura a continuación representa a estrutura dun díodo ordinario e o seu símbolo.

Os díodos de potencia tamén son similares aos díodos normais, aínda que varían lixeiramente na súa construción.

Nos díodos normais (tamén coñecidos como "díodos de sinal"), o nivel de dopado de ambos os lados P e N é o mesmo e polo tanto obtemos unha xunción PN, pero nos díodos de potencia, temos unha xunción formada entre un P fortemente dopado e un N+ levemente dopado - a capa que se crece epitaxialmente sobre unha capa de N fortemente dopada. Polo tanto, a estrutura parece como se mostra na figura a seguir.

A capa N- é a característica clave do díodo de potencia que o fai adecuado para aplicacións de alta potencia. Esta capa está moi levemente dopada, case intrínseca, polo que o dispositivo tamén se coñece como díodo PIN, onde i significa intrínseco.

Como podemos ver na figura anterior, a neutralidade de carga neta da rexión de carga espacial aínda se mante, como era o caso no díodo de sinal, pero o grosor da rexión de carga espacial é bastante alto e penetra profundamente na rexión N-.

Isto debeuse á súa baixa concentración de dopado, xa que sabemos que o grosor da rexión de carga espacial aumenta cunha diminución na concentración de dopado.

Este aumento do grosor da rexión de esgotamento ou rexión de carga espacial axuda ao díodo a bloquear voltaxes inversos maiores e, polo tanto, ter un maior voltaxe de ruptura.

No entanto, engadir esta capa N- aumenta significativamente a resistencia ohmica do díodo, levando a unha maior xeración de calor durante o estado de conducción directa. Polo tanto, os díodos de potencia vén con varios montaxes para unha correcta dissipación de calor.

Importancia da capa N-

A capa N- nos díodos de potencia está levemente dopada, aumentando o grosor da rexión de carga espacial e permitindo voltaxes inversos máis altos.

Características V-I

A figura a continuación amosa as características V-I dun díodo de potencia, que son case similares ás dun díodo de sinal.

Nos díodos de sinal, para a rexión de polarización directa, a corrente aumenta exponencialmente, mentres que nos díodos de potencia, a alta corrente directa leva a un gran caída ohmica que domina o crecemento exponencial e a curva aumenta case linearmente.

O voltaxe inverso máximo que o díodo pode suportar represéntase por VRRM, isto é, o voltaxe repetitivo inverso pico.

Por riba deste voltaxe, a corrente inversa aumenta bruscamente e, xa que o díodo non está deseñado para disipar tal cantidade de calor, podería destruírse. Este voltaxe tamén se pode chamar voltaxe inverso pico (PIV).

Tempo de recuperación inverso

A figura amosa a característica de recuperación inversa dun díodo de potencia. Cando o díodo desactivase, a corrente decréase de IF a cero e continúa na dirección inversa debido ás cargas almacenadas na rexión de carga espacial e na rexión semiconductora.

Esta corrente inversa alcanza un pico IRR e volve a aproximar a cero, e finalmente, o díodo desactivase despois do tempo trr.

Este tempo define como tempo de recuperación inverso e define como o tempo entre o instante no que a corrente directa chega a cero e o instante no que a corrente inversa decrece a 25% de IRR. Despois deste tempo, o díodo di que alcanzou a súa capacidade de bloqueo inverso.

Factor de suavidade

O factor de suavidade dos díodos de potencia é a relación entre os tempos de remoción de carga das rexións semiconductoras e de esgotamento, indicando transitorios de voltaxe ao desactivarse.