Güç diyotları nedir?

Güç Diodları Nedir?

Güç Diodu

Güç diodu, güç elektronik devrelerinde kullanılan ve normal diodlardan daha yüksek akımları taşıyabilen bir diod olarak tanımlanır. İki terminali vardır ve bir yönde akım geçirir, daha yüksek güç uygulamaları için tasarlanmış bir yapıya sahiptir.

Güç diodlarını daha iyi anlamak için, standart bir diodun nasıl çalıştığını yeniden gözden geçirelim. Diod, iki tabaka, iki terminal ve bir keleşeme sahip en basit yarı iletken cihaz olarak tanımlanır.

Normal sinyal diodlarının keleşemesi, p tipi yarı iletken ve n tipi yarı iletken tarafından oluşturulur. p tipliye bağlanan uç anot, n tipliye bağlanan uç ise katot olarak adlandırılır.

Aşağıdaki şekil, normal bir diodun yapısını ve sembolünü göstermektedir.

Güç diodları da normal diodlara benzerdir, ancak yapımında hafifçe farklılık gösterirler.

Normal diodlarda (aynı zamanda "sinyal diodu" olarak da bilinir), P ve N taraflarının dozaj seviyesi aynıdır ve bu nedenle PN keleşemi elde edilir, ancak güç diodlarında, yoğun dozlanmış P ile hafif dozlanmış N+ arasında bir keleşem oluşur - bu tabaka, yoğun dozlanmış N tabakası üzerine epitaksyal olarak büyütülmüş olan tabakadır. Bu nedenle, yapı aşağıdaki şekilde gösterildiği gibidir.

N- tabakası, güç diodunu yüksek güç uygulamaları için uygun hale getiren ana özelliktir. Bu tabaka, çok hafif dozlanmış, neredeyse içsel olup, bu nedenle cihaz ayrıca PIN diodu olarak da bilinir, burada i içsel anlamına gelir.

Yukarıdaki figürde görüldüğü gibi, uzay yük bölgesinin net yük nötralitesi, sinyal diodunda olduğu gibi korunmuştur, ancak uzay yük bölgesinin kalınlığı oldukça yüksek olup, derinlemesine N- bölgesine girmiştir.

Bu, hafif dozaj konsantrasyonuna bağlıdır, çünkü bildiğimiz üzere, uzay yük bölgesinin kalınlığı dozaj konsantrasyonunun azalmasıyla artar.

Depleksiyon bölgesinin veya uzay yük bölgesinin bu artan kalınlığı, diodun daha büyük geri-basınçlı gerilimleri engellemesine ve dolayısıyla daha büyük bozulma gerilimine sahip olmasına yardımcı olur.

Ancak, bu N- tabakasının eklenmesi, diodun ohmik direncini önemli ölçüde artırarak ileri akım durumunda daha fazla ısı üretmesine neden olur. Bu nedenle, güç diodları çeşitli montajlarla birlikte gelir, böylece doğru ısı dağılmasını sağlar.

N- Tabakasının Önemi

Güç diodlarındaki N- tabakası, hafif dozlanmış olup, uzay yük bölgesinin kalınlığını artırır ve daha yüksek geri-basınçlı gerilimlere izin verir.

V-I Özellikleri

Aşağıdaki şekil, bir güç diodunun v-i özelliklerini göstermektedir, bu özellikler sinyal diodunun özellikleriyle neredeyse aynıdır.

Sinyal diodlarında, ileri-basınçlı bölgede akım üslü olarak artarken, güç diodlarında yüksek ileri akım, yüksek ohmik düşümü üslü büyüme üzerinde hakim olur ve eğri neredeyse doğrusal olarak artar.

Diodun dayanabileceği maksimum geri-basınçlı gerilim, VRRM yani zirve geri-basınçlı tekrarlı gerilim ile gösterilir.

Bu gerilimin üstünde, geri akım aniden çok yüksek olur ve diod, bu kadar yüksek miktardaki ısıyı dağıtmak için tasarlanmadığından, tahrip olabilir. Bu gerilime aynı zamanda zirve ters gerilim (PIV) de denilebilir.

Geri Kurtarma Süresi

Şekil, bir güç diodunun geri kurtarma özelliğini göstermektedir. Diod kapandığında, akım IF'den sıfıra düşer ve daha sonra uzay yük bölgesi ve yarı iletken bölgesinde depolanan yükler nedeniyle geri yönde devam eder.

Bu geri akım, IRR zirvesine ulaşır ve tekrar sıfır değeri yaklaşıp, sonunda trr süresi sonrasında diod kapanır.

Bu süre, ileri akım sıfıra ulaştığı an ile geri akım IRR'nin %25'ine düştüğü an arasındaki zaman aralığı olarak tanımlanır. Bu süre sonrasında, diod geri blokaj yeteneğini kazanmış olur.

Yumuşaklık Faktörü

Güç diodlarının yumuşaklık faktörü, yarı iletken ve depleksiyon bölgelerinden yük kaldırma sürelerinin oranı olarak tanımlanır, kapanışta gerilim geçici değerlerini gösterir.