전력 다이오드란 무엇인가요?

전력 다이오드란?

전력 다이오드

전력 다이오드는 전력 전자 회로에서 사용되는 다이오드로, 일반 다이오드보다 더 큰 전류를 처리할 수 있습니다. 두 개의 단자를 가지고 있으며 한 방향으로만 전류를 전도하며, 고전력 응용을 위해 설계되었습니다.

전력 다이오드를 더 잘 이해하기 위해 표준 다이오드가 어떻게 작동하는지 다시 살펴보겠습니다. 다이오드는 가장 간단한 반도체 소자로, 두 개의 층, 두 개의 단자, 그리고 하나의 접합부를 가지고 있습니다.

일반적인 신호 다이오드는 P형 반도체와 N형 반도체 사이에 형성된 접합부를 가지고 있습니다. P형에 연결된 단자는 아노드, N형에 연결된 단자는 캐소드라고 합니다.

아래 그림은 일반 다이오드의 구조와 기호를 나타냅니다.

전력 다이오드도 일반 다이오드와 유사하지만, 구조적으로 약간 다르게 제작됩니다.

일반 다이오드(또는 "신호 다이오드")에서는 P와 N 양쪽의 도핑 수준이 동일하여 PN 접합부가 형성되지만, 전력 다이오드에서는 높게 도핑된 P와 낮게 도핑된 N+ 사이에 접합부가 형성되며, 이 N+ 층은 높게 도핑된 N층 위에 에피택셜로 성장합니다. 따라서 구조는 아래 그림과 같습니다.

N- 층은 전력 다이오드의 핵심 특징으로, 이를 통해 고전력 응용에 적합하게 됩니다. 이 층은 매우 낮게 도핑되어 거의 본질적(intrinsic)이며, 이러한 이유로 PIN 다이오드라고도 불립니다. 여기서 i는 intrinsic을 의미합니다.

위의 그림에서 볼 수 있듯이, 공간 전하 영역의 순전하 중성 상태는 여전히 유지되지만, 공간 전하 영역의 두께가 상당히 두껍고 N- 영역 깊숙이 침투되어 있습니다.

이는 낮은 도핑 농도 때문입니다. 도핑 농도가 낮아짐에 따라 공간 전하 영역의 두께가 증가한다는 것을 알고 있습니다.

이러한 공간 전하 영역의 두께 증가는 다이오드가 더 큰 역방향 전압을 차단할 수 있도록 하여 더 큰 파괴 전압을 가지게 합니다.

그러나 N- 층을 추가함으로써 다이오드의 저항이 크게 증가하여 전진 전도 상태에서 더 많은 열이 발생합니다. 따라서 전력 다이오드는 적절한 열 방출을 위해 다양한 마운팅 옵션이 제공됩니다.

N- 층의 중요성

전력 다이오드의 N- 층은 낮게 도핑되어 공간 전하 영역의 두께를 증가시키고 더 높은 역방향 전압을 허용합니다.

V-I 특성

아래 그림은 전력 다이오드의 V-I 특성을 보여줍니다. 이는 신호 다이오드의 V-I 특성과 거의 유사합니다.

신호 다이오드에서는 전진 전도 상태에서 전류가 지수적으로 증가하지만, 전력 다이오드에서는 높은 전진 전류로 인해 오믹 드롭이 지배적이어서 곡선이 거의 선형적으로 증가합니다.

다이오드가 견딜 수 있는 최대 역방향 전압은 VRRM, 즉 피크 역방향 반복 전압으로 나타납니다.

이 전압을 초과하면 역방향 전류가 급격히 증가하며, 다이오드는 이러한 고온을 처리하도록 설계되지 않았기 때문에 파괴될 수 있습니다. 이 전압은 또한 피크 역방향 전압(PIV)이라고도 합니다.

역방향 회복 시간

아래 그림은 전력 다이오드의 역방향 회복 특성을 보여줍니다. 다이오드가 꺼질 때마다 전류는 IF에서 0으로 감소하고, 공간 전하 영역과 반도체 영역에 저장된 전하로 인해 역방향으로 계속됩니다.

이 역방향 전류는 IRR의 피크를 달성한 후 다시 0으로 접근하고, 결국 trr 시간 후에 다이오드가 꺼집니다.

이 시간은 역방향 회복 시간으로 정의되며, 전진 전류가 0에 도달한 순간부터 역방향 전류가 IRR의 25%까지 감소하는 순간까지의 시간으로 정의됩니다. 이 시간 이후 다이오드는 역방향 차단 능력을 갖게 됩니다.

소프트 팩터

전력 다이오드의 소프트 팩터는 반도체 및 고갈 영역에서 전하 제거 시간의 비율로, 종료 시 전압 변동을 나타냅니다.