Ano ang Power Diodes?

Ano ang Power Diodes?

Power Diode

Ang power diode ay isang diode na ginagamit sa mga circuit ng power electronics, na may kakayahan na hawakan ang mas mataas na kuryente kaysa sa regular na diode. Ito ay may dalawang terminal at nagdaraos ng kuryente sa isang direksyon, na may disenyo para sa mas mataas na aplikasyon ng power.

Para mas maunawaan ang power diodes, ibabalik natin kung paano gumagana ang standard na diode. Ang diode ay inilalarawan bilang ang pinakasimpleng semiconductor device, na may dalawang layer, dalawang terminal, at isang junction.

Ang ordinaryong signal diodes ay may junction na nabuo ng p type semiconductor at n type semiconductor. Ang lead na sumasama sa p-type ay tinatawag na anode, at ang lead na sumasama sa n-type ay tinatawag na cathode.

Ang larawan sa ibaba ay nagpapakita ng estruktura ng isang ordinaryong diode at ang kanyang simbolo.

Ang power diodes ay parang regular na diodes, bagaman may kaunting pagkakaiba sa kanilang konstruksyon.

Sa regular na diodes (kilala rin bilang “signal diode”), ang level ng doping sa parehong P at N sides ay pareho at kaya nakuha natin ang PN junction, ngunit sa power diodes, mayroon tayong junction na nabuo sa pagitan ng heavily doped P at lightly doped N+ – ang layer na epitaxially grown sa heavily doped N layer. Kaya ang estruktura ay mukhang gaya ng ipinapakita sa larawan sa ibaba.

Ang N– layer ay ang pangunahing tampok ng power diode na nagpapahaba ito para sa high power applications. Ang layer na ito ay napakalightly doped, halos intrinsic, kaya't ang device ay kilala rin bilang PIN diode, kung saan ang i ay nangangahulugan ng intrinsic.

Tulad ng makikita natin sa larawan sa itaas, ang net charge neutrality ng space charge region ay patuloy na nai-maintain tulad ng nangyari sa signal diode, ngunit ang kapal ng space charge region ay napakataas at malalim na penetrado sa N– region.

Ito ay dahil sa kanyang light doping concentration, alam natin na ang kapal ng space charge region ay lumalaki habang bumababa ang doping concentration.

Ang pagtaas ng kapal ng depletion region o space charge region ay tumutulong sa diode na blockin ang mas malaking reverse-biased voltage at kaya may mas mataas na breakdown voltage.

Gayunpaman, ang pagdagdag ng N– layer ay siyang nagpapataas ng ohmic resistance ng diode na nagiging sanhi ng mas maraming heat generation sa panahon ng forward conduction state. Kaya ang power diodes ay may iba't ibang mountings para sa proper heat dissipation.

Importansya ng N- Layer

Ang N- layer sa power diodes ay lightly doped, nagpapataas ng kapal ng space charge region at nagbibigay ng mas mataas na reverse-biased voltages.

V-I Characteristics

Ang larawan sa ibaba ay nagpapakita ng v-i characteristics ng power diode na halos pareho sa signal diode.

Sa signal diodes para sa forward, biased region ang current ay lumalaki exponentially, ngunit sa power diodes ang mataas na forward current ay nagiging sanhi ng mataas na ohmic drop na dominante sa exponential growth at ang curve ay lumalaki halos linearly.

Ang maximum reverse voltage na kayang tanggapin ng diode ay ipinapakita ng VRRM, i.e. peak reverse repetitive voltage.

Sa itaas ng voltage na ito, ang reverse current ay naging napakataas agad at dahil ang diode ay hindi disenyado upang disipate ang ganitong kalaking amount ng heat, maaaring mapinsala ito. Ang voltage na ito ay maaari ring tawaging peak inverse voltage (PIV).

Reverse Recovery Time

Ang larawan ay nagpapakita ng reverse recovery characteristic ng power diode. Kapag ang diode ay isinasara, ang current ay nagdedecay mula IF hanggang zero at patuloy na nagpapatuloy sa reverse direction dahil sa charges na nakaimbak sa space charge region at semiconductor region.

Ang reverse current na ito ay umabot sa peak IRR at muli ay nagsisimula na lumapit sa zero value at sa wakas, ang diode ay isinasara matapos ang oras na trr.

Ang oras na ito ay inilalarawan bilang reverse recovery time at itinatangi bilang ang oras sa pagitan ng instant na ang forward current ay umabot sa zero at ang instant na ang reverse current ay nagdedecay sa 25% ng IRR. Matapos ang oras na ito, ang diode ay sinasabing nakuha na ang kanyang reverse blocking capability.

Softness Factor

Ang softness factor ng power diodes ay ang ratio ng charge removal times mula sa semiconductor at depletion regions, na nagpapahiwatig ng voltage transients sa panahon ng turn-off.