Что такое силовые диоды

Что такое силовые диоды?

Силовой диод

Силовой диод определяется как диод, используемый в цепях силовой электроники, способный обрабатывать большие токи, чем обычные диоды. Он имеет два вывода и проводит ток в одном направлении, с конструкцией, предназначенной для высокомощных применений.

Чтобы лучше понять силовые диоды, давайте вспомним, как работает стандартный диод. Диод определяется как самый простой полупроводниковый прибор, состоящий из двух слоев, двух выводов и одного p-n перехода.

Обычные сигнальные диоды имеют переход, образованный p-типом полупроводника и n-типом полупроводника. Вывод, соединенный с p-типа, называется анодом, а вывод, соединенный с n-типа, называется катодом.

На рисунке ниже показана структура обычного диода и его символ.

Силовые диоды также похожи на обычные диоды, хотя их конструкция немного отличается.

В обычных диодах (также известных как "сигнальные диоды") уровень легирования обоих P и N сторон одинаковый, и поэтому мы получаем p-n переход, но в силовых диодах у нас есть переход, образованный между сильно легированным P и слабо легированным N+ — слоем, который эпитаксиально выращен на сильно легированном N слое. Поэтому структура выглядит так, как показано на рисунке ниже.

N– слой является ключевой особенностью силового диода, которая делает его подходящим для высокомощных применений. Этот слой очень слабо легирован, почти интринсичен, и поэтому устройство также известно как PIN-диод, где i означает интринсичный.

Как видно на рисунке выше, нейтральность заряда пространственного зарядового региона все еще сохраняется, как это было в случае сигнального диода, но толщина пространственного зарядового региона довольно велика и глубоко проникает в N– регион.

Это связано с его слабым уровнем легирования, как известно, толщина пространственного зарядового региона увеличивается с уменьшением концентрации легирования.

Увеличенная толщина области обеднения или пространственного зарядового региона помогает диоду блокировать большее обратное напряжение и, следовательно, иметь более высокое напряжение пробоя.

Однако добавление этого N– слоя значительно увеличивает омическое сопротивление диода, что приводит к большему тепловыделению во время прямого проводимого состояния. Поэтому силовые диоды оснащены различными креплениями для правильного рассеивания тепла.

Важность N– слоя

N– слой в силовых диодах слабо легирован, что увеличивает толщину пространственного зарядового региона и позволяет выдерживать более высокие обратные напряжения.

Характеристики V-I

На рисунке ниже показаны характеристики V-I силового диода, которые почти такие же, как у сигнального диода.

В сигнальных диодах при прямом смещении ток увеличивается экспоненциально, однако в силовых диодах высокий прямой ток приводит к высокому омическому падению, которое доминирует над экспоненциальным ростом, и кривая увеличивается почти линейно.

Максимальное обратное напряжение, которое диод может выдержать, показано VRRM, то есть максимальное повторяющееся обратное напряжение.

При превышении этого напряжения обратный ток резко возрастает, и поскольку диод не предназначен для рассеивания такого количества тепла, он может быть разрушен. Это напряжение также может называться пиковым обратным напряжением (PIV).

Время обратного восстановления

На рисунке показана характеристика обратного восстановления силового диода. Когда диод отключается, ток убывает от IF до нуля и затем продолжает течь в обратном направлении из-за зарядов, накопленных в пространственном зарядовом регионе и полупроводниковом регионе.

Этот обратный ток достигает пика IRR и снова начинает приближаться к нулевому значению, и, наконец, диод отключается после времени trr.

Это время определяется как время обратного восстановления и определяется как время между моментом, когда прямой ток достигает нуля, и моментом, когда обратный ток убывает до 25% от IRR. После этого времени диод считается достигшим своей способности блокировки в обратном направлении.