Що таке силові діоди?

Що таке силові діоди?

Силовий діод

Силовий діод визначається як діод, що використовується в схемах силової електроніки і здатний обробляти більші струми, ніж звичайні діоди. Він має два контакти і проводить струм в одному напрямку, а його конструкція призначена для високопотужних застосувань.

Щоб краще зрозуміти силові діоди, давайте переглянемо, як працює стандартний діод. Діод визначається як найпростіше півпровідникове пристрій, який має два шару, два контакту та одну переходну зону.

Звичайні сигналні діоди мають переход, утворений p-типом півпровідника та n-типом півпровідника. Контакт, що з'єднує p-тип, називається анодом, а контакт, що з'єднує n-тип, називається катодом.

Нижче показано структуру звичайного діода та його символ.

Силові діоди також подібні до звичайних діодів, хоча вони трохи відрізняються своєю конструкцією.

У звичайних діодах (також відомих як "сигналні діоди"), рівень допінгу обох сторін P і N однаковий, і тому ми отримуємо PN-перехід, але у силових діодах ми маємо перехід, утворений між сильно допедним P-шаром і слабко допедним N+-шаром, який епітаксіально зростає на сильно допедному N-шарі. Тому структура виглядає, як показано на нижньому малюнку.

N– шар є ключовою рисою силового діода, яка робить його придатним для високопотужних застосувань. Цей шар дуже слабко допедний, майже внутрішній, і тому пристрій також відомий як PIN-діод, де i означає внутрішній.

Як ми бачимо на верхньому малюнку, загальна нейтральність заряду області просторового заряду все ще зберігається, як це було у сигналному діоді, але товщина області просторового заряду досить велика і глибоко проникає в N– область.

Це пов'язано з його слабким допінгом, адже ми знаємо, що товщина області просторового заряду збільшується зі зменшенням концентрації допінгу.

Ця збільшена товщина області деплетації або області просторового заряду допомагає діоду блокувати більші обернені напруги і, отже, мати більшу напругу розрядження.

Однак, додавання цього N– шару значно збільшує омічний опір діода, що призводить до більшого вироблення тепла під час прямоточного провідного стану. Тому силові діоди мають різні способи монтажу для правильного відведення тепла.

Важливість N– шару

N– шар у силових діодах слабко допедний, що збільшує товщину області просторового заряду і дозволяє високі обернені напруги.

Характеристики V-I

Нижче показано характеристики V-I силового діода, які майже співпадають з характеристиками сигналного діода.

У сигналних діодах при прямоточному режимі струм зростає експоненціально, але у силових діодах високий прямоточний струм призводить до високого омічного спаду, який домінує над експоненціальним зростанням, і крива зростає майже лінійно.

Максимальна обернена напруга, яку може витримати діод, показана VRRM, тобто пікова повторювана обернена напруга.

При перевищенні цієї напруги обернений струм різко зростає, і оскільки діод не розрахований на відведення такого високого кількості тепла, він може бути знищений. Ця напруга також може називатися піковою оберненою напругою (PIV).

Час відновлення в оберненому напрямку

На малюнку показано характеристику відновлення в оберненому напрямку силового діода. Коли діод вимикається, струм зникає з IF до нуля і продовжується в оберненому напрямку через заряди, збережені в області просторового заряду та півпровідниковій області.

Цей обернений струм досягає пікового значення IRR, а потім знову прагне до нульового значення, і, нарешті, діод вимикається після часу trr.

Цей час визначається як час відновлення в оберненому напрямку і визначається як час між моментом, коли прямоточний струм досягає нуля, і моментом, коли обернений струм зникає до 25% IRR. Після цього часу діод вважається досягнувши своєї здатності блокувати обернений струм.

Фактор м’якості

Фактор м’якості силових діодів — це співвідношення часів виведення заряду з півпровідникової та деплетованої областей, що вказує на напружні перехідні процеси при вимкненні.