Power diodes

Electron hole compound

Ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng karamihan sa mga aparatong semiconductor ay batay sa mga phenomena at proseso na nagaganap sa hangganan sa pagitan ng dalawang rehiyon ng isang semiconductor na may iba't ibang uri ng electrical conductivity - electron (n-type) at hole (p-type). Sa n-type na rehiyon, ang mga electron ay nangingibabaw, na siyang pangunahing tagapagdala ng mga singil sa kuryente, sa p-rehiyon, ito ay mga positibong singil (mga butas). Ang hangganan sa pagitan ng dalawang rehiyon na may magkakaibang uri ng conductivity ay tinatawag na pn junction.

Sa paggana, ang diode (Larawan 1) ay maaaring ituring na isang hindi nakokontrol na electronic switch na may isang panig na pagpapadaloy. Ang isang diode ay nasa estado ng pagsasagawa (closed switch) kung ang isang pasulong na boltahe ay inilapat dito.

kanin. 1. Maginoo graphic na pagtatalaga ng diode

Ang kasalukuyang sa pamamagitan ng iF diode ay tinutukoy ng mga parameter ng panlabas na circuit, at ang pagbaba ng boltahe sa istraktura ng semiconductor ay hindi gaanong kahalagahan. Kung ang isang reverse boltahe ay inilapat sa diode, ito ay nasa isang non-conducting state (open switch) at isang maliit na kasalukuyang dumadaloy sa pamamagitan nito. Ang pagbaba ng boltahe sa buong diode sa kasong ito ay tinutukoy ng mga parameter ng panlabas na circuit.

Proteksyon ng mga diode

Ang pinakakaraniwang sanhi ng mga electrical failure ng isang diode ay ang mataas na rate ng pagtaas ng forward current diF / dt kapag naka-on, overvoltage kapag naka-off, lumalampas sa maximum na halaga ng forward current at pagkasira ng istraktura na may hindi katanggap-tanggap na mataas na reverse boltahe.

Sa mataas na halaga ng diF / dt, lumilitaw ang isang hindi pantay na konsentrasyon ng mga carrier ng singil sa istraktura ng diode at, bilang isang resulta, ang lokal na overheating na may kasunod na pinsala sa istraktura. Ang pangunahing dahilan para sa mataas na halaga ng diF / dt ay ang maliit inductance sa isang circuit na naglalaman ng forward boltahe source at isang on diode. Upang mabawasan ang mga halaga ng diF / dt, ang isang inductance ay konektado sa serye sa diode, na naglilimita sa rate ng pagtaas ng kasalukuyang.

Upang mabawasan ang mga halaga ng mga amplitudes ng mga boltahe na inilapat sa diode kapag naka-off ang circuit, ginagamit ang isang risistor na konektado sa serye na R at kapasitor Ang C ay ang tinatawag na RC circuit na konektado kahanay sa diode.

Upang maprotektahan ang mga diode mula sa kasalukuyang mga overload sa mga emergency mode, ginagamit ang mga high-speed electrical fuse.

Ang mga pangunahing uri ng power diodes

Ayon sa pangunahing mga parameter at layunin, ang mga diode ay karaniwang nahahati sa tatlong grupo: pangkalahatang layunin diodes, mabilis na pagbawi diodes at Schottky diodes.

Pangkalahatang layunin ng mga diode

Ang pangkat ng mga diode na ito ay nakikilala sa pamamagitan ng mataas na halaga ng reverse boltahe (mula 50 V hanggang 5 kV) at pasulong na kasalukuyang (mula 10 A hanggang 5 kA). Ang napakalaking istraktura ng semiconductor ng mga diode ay nagpapababa sa kanilang pagganap. Samakatuwid, ang reverse recovery time ng mga diode ay karaniwang nasa hanay na 25-100 μs, na naglilimita sa kanilang paggamit sa mga circuit na may mga frequency na higit sa 1 kHz.Bilang isang patakaran, nagtatrabaho sila sa mga pang-industriyang network na may dalas na 50 (60) Hz. Ang patuloy na pagbaba ng boltahe sa mga diode ng pangkat na ito ay 2.5-3 V.

Ang mga power diode ay may iba't ibang pakete. Ang pinakalaganap ay dalawang uri ng pagpapatupad: isang pin at isang tablet (Larawan 2 a, b).

kanin. 2. Konstruksyon ng mga katawan ng diode: a - pin; b - tableta

Mabilis na pagbawi ng mga diode. Sa paggawa ng pangkat na ito ng mga diode, ang iba't ibang mga teknolohikal na pamamaraan ay ginagamit upang mabawasan ang oras ng reverse recovery. Sa partikular, ginagamit ang silicon doping gamit ang diffusion method na ginto o platinum. Ginagawa nitong posible na bawasan ang oras ng pagbawi sa 3-5 μs. Gayunpaman, binabawasan nito ang mga pinahihintulutang halaga ng pasulong na kasalukuyang at reverse boltahe. Ang pinahihintulutang kasalukuyang mga halaga ay mula 10 A hanggang 1 kA, reverse boltahe - mula 50 V hanggang 3 kV. Ang pinakamabilis na diode ay may reverse recovery time na 0.1-0.5 μs. Ang ganitong mga diode ay ginagamit sa pulse at high-frequency circuit na may mga frequency na 10 kHz at mas mataas. Ang disenyo ng mga diode sa pangkat na ito ay katulad ng sa pangkalahatang layunin ng mga diode.

Diode Schottky

Ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng Schottky diodes ay batay sa mga katangian ng rehiyon ng paglipat sa pagitan ng metal at materyal na semiconductor. Para sa mga power diode, ang isang layer ng n-type na naubos na silicon ay ginagamit bilang isang semiconductor. Sa kasong ito, mayroong isang negatibong singil sa rehiyon ng paglipat sa gilid ng metal at isang positibong singil sa bahagi ng semiconductor.

Ang isang kakaiba ng Schottky diodes ay ang pasulong na kasalukuyang ay dahil sa paggalaw ng mga pangunahing carrier lamang - mga electron. Ang kakulangan ng minority carrier accumulation ay makabuluhang binabawasan ang inertia ng Schottky diodes.Ang oras ng pagbawi ay karaniwang hindi hihigit sa 0.3 μs, ang pasulong na pagbagsak ng boltahe ay humigit-kumulang 0.3 V. Ang reverse current values ​​​​sa mga diode na ito ay 2-3 order ng magnitude na mas mataas kaysa sa p-n-junction diodes. Ang paglilimita ng reverse boltahe ay karaniwang hindi hihigit sa 100 V. Ginagamit ang mga ito sa mga high-frequency at low-voltage pulse circuit.