O que são Diodos de Potência?

O que são Diodos de Potência?

Diodo de Potência

Um diodo de potência é definido como um diodo usado em circuitos de eletrônica de potência, capaz de lidar com correntes mais elevadas do que os diodos regulares. Ele possui dois terminais e conduz corrente em uma direção, com uma construção projetada para aplicações de maior potência.

Para entender melhor os diodos de potência, vamos revisitar como funciona um diodo padrão. Um diodo é definido como o dispositivo semicondutor mais simples, com duas camadas, dois terminais e uma junção.

Os diodos de sinal comuns têm uma junção formada por um semicondutor do tipo p e um semicondutor do tipo n. O terminal que se liga ao tipo p é chamado de ânodo, e o terminal que se liga ao tipo n é chamado de cátodo.

A figura abaixo ilustra a estrutura de um diodo comum e seu símbolo.

Os diodos de potência também são semelhantes aos diodos regulares, embora variem ligeiramente em sua construção.

Nos diodos regulares (também conhecidos como "diodo de sinal"), o nível de dopagem dos lados P e N é o mesmo, resultando em uma junção PN, mas nos diodos de potência, temos uma junção formada entre um P fortemente dopado e um N+ levemente dopado - a camada que é epitaxialmente crescida sobre um N fortemente dopado. Portanto, a estrutura é como mostrada na figura abaixo.

A camada N- é a característica-chave do diodo de potência que o torna adequado para aplicações de alta potência. Essa camada é muito levemente dopada, quase intrínseca, e, portanto, o dispositivo também é conhecido como diodo PIN, onde i significa intrínseco.

Como podemos ver na figura acima, a neutralidade de carga líquida da região de carga espacial ainda é mantida, como era o caso no diodo de sinal, mas a espessura da região de carga espacial é bastante alta e profundamente penetrante na região N-.

Isso se deve à sua baixa concentração de dopagem, pois sabemos que a espessura da região de carga espacial aumenta com a diminuição da concentração de dopagem.

Essa espessura aumentada da região de esgotamento ou região de carga espacial ajuda o diodo a bloquear maiores tensões reversas e, portanto, ter uma tensão de ruptura maior.

No entanto, adicionar essa camada N- aumenta significativamente a resistência ôhmica do diodo, levando à geração de mais calor durante a condução em estado de polarização direta. Portanto, os diodos de potência vêm com várias montagens para dissipação adequada de calor.

Importância da Camada N-

A camada N- nos diodos de potência é levemente dopada, aumentando a espessura da região de carga espacial e permitindo tensões reversas mais altas.

Características V-I

A figura abaixo mostra as características V-I de um diodo de potência, que são quase semelhantes às de um diodo de sinal.

Nos diodos de sinal, para a região de polarização direta, a corrente aumenta exponencialmente, no entanto, nos diodos de potência, a corrente direta elevada leva a uma queda ôhmica elevada, que domina o crescimento exponencial e a curva aumenta quase linearmente.

A tensão reversa máxima que o diodo pode suportar é representada por VRRM, ou seja, tensão reversa repetitiva de pico.

Acima dessa tensão, a corrente reversa aumenta abruptamente e, como o diodo não é projetado para dissipar tal quantidade de calor, pode ser destruído. Esta tensão também pode ser chamada de tensão inversa de pico (PIV).

Tempo de Recuperação Reversa

A figura ilustra a característica de recuperação reversa de um diodo de potência. Sempre que o diodo é desligado, a corrente decresce de IF para zero e continua em sentido reverso devido às cargas armazenadas na região de carga espacial e na região do semicondutor.

Esta corrente reversa atinge um pico IRR e novamente começa a se aproximar de zero, e finalmente o diodo está desligado após o tempo trr.

Este tempo é definido como tempo de recuperação reversa e é definido como o tempo entre o instante em que a corrente direta atinge zero e o instante em que a corrente reversa decresce a 25% de IRR. Após este tempo, o diodo é considerado capaz de bloquear em sentido reverso.

Fator de Suavidade

O fator de suavidade dos diodos de potência é a razão entre os tempos de remoção de carga das regiões do semicondutor e de esgotamento, indicando transientes de tensão no desligamento.