Wat zijn stroomdioden?
Wat zijn Power Diodes?
Power Diode
Een power diode wordt gedefinieerd als een diode die in stroomkring elektronica wordt gebruikt en hogere stromen kan afhandelen dan reguliere dioden. Het heeft twee aansluitingen en geleidt stroom in één richting, met een constructie ontworpen voor toepassingen met hogere vermogens.
Om power diodes beter te begrijpen, laten we herhalen hoe een standaard diode werkt. Een diode is gedefinieerd als het eenvoudigste halfgeleiderapparaat, met twee lagen, twee aansluitingen en één junction.
Gewone signaal-diodes hebben een junction gevormd door een p-type halfgeleider en n-type halfgeleider. De aansluiting die de p-type verbindt, wordt de anode genoemd, en de aansluiting die de n-type verbindt, wordt de kathode genoemd.
De onderstaande afbeelding toont de structuur van een gewone diode en haar symbool.
Power diodes zijn ook vergelijkbaar met reguliere diodes, hoewel ze licht verschillen in hun constructie.
Bij reguliere diodes (ook bekend als "signaal-diode"), is het dopingsniveau van zowel de P- als N-zijde hetzelfde, waardoor we een PN-junction krijgen, maar bij power diodes hebben we een junction gevormd tussen een zwaar gedopeerde P en een licht gedopeerde N+ – de laag die epitaxiaal op een zwaar gedopeerde N-laag wordt gegroeid. Daarom ziet de structuur eruit zoals in de onderstaande figuur.
De N– laag is het belangrijkste kenmerk van de power diode waardoor deze geschikt is voor toepassingen met hoog vermogen. Deze laag is zeer licht gedopeerd, bijna intrinsiek, en daarom wordt het apparaat ook wel een PIN-diode genoemd, waarbij i staat voor intrinsiek.
Zoals we in de bovenstaande figuur kunnen zien, wordt de nettoladingneutraliteit van de ruimteladenregio nog steeds behouden, zoals bij de signaal-diode, maar de dikte van de ruimteladenregio is vrij hoog en diep doorgedrongen in de N– regio.
Dit is te wijten aan het lage dopingsconcentratieniveau, want we weten dat de dikte van de ruimteladenregio toeneemt naarmate het dopingsconcentratieniveau afneemt.
Deze toename in de dikte van de uitputtingsregio of de ruimteladenregio helpt de diode om grotere omgekeerde spanningen te blokkeren en dus een hogere breakdownspanning te hebben.
Echter, het toevoegen van deze N– laag verhoogt de ohmse weerstand van de diode aanzienlijk, wat leidt tot meer warmteopwekking tijdens de forwarding conduktiestaat. Daarom komen power diodes met verschillende montageopties voor adequate warmteafvoer.
Belang van de N- Laag
De N- laag in power diodes is licht gedopeerd, wat de dikte van de ruimteladenregio verhoogt en hogere omgekeerde spanningen mogelijk maakt.
V-I Kenmerken
De onderstaande figuur toont de v-i kenmerken van een power diode, die bijna identiek zijn aan die van een signaal-diode.
Bij signaal-diodes neemt de stroom exponentieel toe in de voorwaartse gebiasde regio, terwijl bij power diodes hoge voorwaartse stroom leidt tot hoge ohmse daling, die de exponentiële groei domineert en de curve bijna lineair toeneemt.
De maximale omgekeerde spanning die de diode kan verdragen, wordt weergegeven door VRRM, oftewel piek omgekeerde herhaalde spanning.
Boven deze spanning neemt de omgekeerde stroom plotseling sterk toe, en omdat de diode niet is ontworpen om zo'n grote hoeveelheid warmte af te voeren, kan hij vernietigd worden. Deze spanning kan ook wel piek inverse spanning (PIV) worden genoemd.
Omgekeerde Hersteltijd
De figuur toont de omgekeerde herstellingskenmerken van een power diode. Wanneer de diode wordt uitgeschakeld, neemt de stroom af van IF naar nul en gaat vervolgens in omgekeerde richting door vanwege de ladingen die in de ruimteladenregio en de halfgeleiderregio zijn opgeslagen.
Deze omgekeerde stroom bereikt een piek IRR en begint vervolgens weer naar nul te dalen, en uiteindelijk is de diode uit na tijd trr.
Deze tijd wordt gedefinieerd als de omgekeerde hersteltijd en wordt gedefinieerd als de tijd tussen het moment dat de voorwaartse stroom nul bereikt en het moment dat de omgekeerde stroom afneemt tot 25% van IRR. Na deze tijd wordt de diode gezegd dat hij zijn omgekeerde blokkeringvermogen heeft bereikt.
Zachtheidfactor
De zachtheidfactor van power diodes is het verhouding van de ladingsverwijderingstijden uit de halfgeleider en de uitputtingsregio, wat voltage-transienten bij het uitschakelen aangeeft.
