Cosa sono i diodi di potenza?

Cos'è un Diodo di Potenza?

Diodo di Potenza

Un diodo di potenza è definito come un diodo utilizzato in circuiti elettronici di potenza, in grado di gestire correnti superiori rispetto ai diodi standard. Ha due terminali e conduce la corrente in una sola direzione, con una costruzione progettata per applicazioni ad alta potenza.

Per comprendere meglio i diodi di potenza, ripassiamo come funziona un diodo standard. Un diodo è definito come il dispositivo semiconduttore più semplice, con due strati, due terminali e una giunzione.

I diodi segnali standard hanno una giunzione formata da un semiconduttore di tipo p e uno di tipo n. Il terminale che si connette al tipo p è chiamato anodo, mentre quello che si connette al tipo n è chiamato catodo.

La figura sottostante rappresenta la struttura di un diodo ordinario e il suo simbolo.

I diodi di potenza sono simili ai diodi standard, anche se variano leggermente nella loro costruzione.

Nei diodi standard (noti anche come "diodi segnali"), il livello di dopaggio dei lati P e N è lo stesso, ottenendo quindi una giunzione PN, ma nei diodi di potenza, abbiamo una giunzione formata tra un P fortemente dopato e un N+ leggermente dopato - lo strato che è cresciuto epitassialmente su un N fortemente dopato. Pertanto, la struttura appare come mostrato nella figura sottostante.

Lo strato N- è la caratteristica chiave del diodo di potenza che lo rende adatto per applicazioni ad alta potenza. Questo strato è molto leggermente dopato, quasi intrinseco, e pertanto il dispositivo è noto anche come diodo PIN, dove i sta per intrinseco.

Come possiamo vedere nella figura sopra, la neutralità di carica netta della regione di carica spaziale è mantenuta, come nel caso del diodo segnale, ma lo spessore della regione di carica spaziale è piuttosto alto e profondamente penetrato nella regione N-.

Questo è dovuto alla sua bassa concentrazione di dopaggio, come sappiamo, lo spessore della regione di carica spaziale aumenta con la diminuzione della concentrazione di dopaggio.

Questo aumento dello spessore della regione di depletazione o di carica spaziale aiuta il diodo a bloccare tensioni inverse maggiori e quindi avere una tensione di rottura superiore.

Tuttavia, l'aggiunta di questo strato N- aumenta significativamente la resistenza ohmica del diodo, portando a una maggiore generazione di calore durante la conduzione in avanti. Pertanto, i diodi di potenza vengono forniti con vari montaggi per una dissipazione termica adeguata.

Importanza dello Strato N-

Lo strato N- nei diodi di potenza è leggermente dopato, aumentando lo spessore della regione di carica spaziale e permettendo tensioni inverse superiori.

Caratteristiche V-I

La figura sottostante mostra le caratteristiche V-I di un diodo di potenza, che sono quasi simili a quelle di un diodo segnale.

Nei diodi segnali, per la regione polarizzata in avanti, la corrente aumenta esponenzialmente, tuttavia nei diodi di potenza, una corrente in avanti elevata porta a un caduta ohmica elevata, che domina la crescita esponenziale e la curva aumenta quasi linearmente.

La massima tensione inversa che il diodo può sopportare è rappresentata da VRRM, cioè la tensione ripetitiva inversa picco.

Al di sopra di questa tensione, la corrente inversa diventa improvvisamente molto alta e, poiché il diodo non è progettato per dissipare tanta quantità di calore, potrebbe essere distrutto. Questa tensione può anche essere chiamata tensione inversa picco (PIV).

Tempo di Recupero Inverso

La figura rappresenta la caratteristica di recupero inverso di un diodo di potenza. Ogni volta che il diodo viene spento, la corrente decresce da IF a zero e continua ulteriormente in direzione inversa a causa delle cariche accumulate nella regione di carica spaziale e nella regione semiconduttrice.

Questa corrente inversa raggiunge un picco IRR e poi inizia nuovamente ad avvicinarsi a zero, e infine il diodo si spegne dopo il tempo trr.

Questo tempo è definito come tempo di recupero inverso ed è definito come il tempo tra l'istante in cui la corrente in avanti raggiunge zero e l'istante in cui la corrente inversa decresce al 25% di IRR. Dopo questo tempo, il diodo si dice che abbia raggiunto la sua capacità di blocco inverso.

Fattore di Morbidità

Il fattore di morbidità dei diodi di potenza è il rapporto tra i tempi di rimozione delle cariche dalla regione semiconduttrice e dalle regioni di depletazione, indicando le transizioni di tensione al momento dello spegnimento.