Díodes de potència

Compost forat d'electrons

El principi de funcionament de la majoria de dispositius semiconductors es basa en fenòmens i processos que es produeixen al límit entre dues regions d'un semiconductor amb diferents tipus de conductivitat elèctrica: electró (tipus n) i forat (tipus p). A la regió de tipus n predominen els electrons, que són els principals portadors de càrregues elèctriques, a la regió p, aquestes són càrregues positives (forats). El límit entre dues regions de diferents tipus de conductivitat s'anomena unió pn.

Funcionalment, el díode (Fig. 1) es pot considerar un interruptor electrònic no controlat amb conducció unilateral. Un díode està en estat conductor (interruptor tancat) si se li aplica una tensió directa.

Arròs. 1. Designació gràfica convencional del díode

El corrent a través del díode iF està determinat pels paràmetres del circuit extern i la caiguda de tensió a l'estructura del semiconductor té poca importància. Si s'aplica una tensió inversa al díode, es troba en un estat no conductor (interruptor obert) i hi passa un petit corrent. La caiguda de tensió a través del díode en aquest cas està determinada pels paràmetres del circuit extern.

Protecció dels díodes

Les causes més típiques de fallades elèctriques d'un díode són una elevada taxa d'augment del corrent directe diF / dt quan està activat, sobretensió quan està apagat, superació del valor màxim del corrent directe i trencament de l'estructura amb una tensió inversa inacceptablement alta.

A alts valors de diF / dt, apareix una concentració desigual de portadors de càrrega a l'estructura del díode i, com a resultat, un sobreescalfament local amb danys posteriors a l'estructura. El motiu principal dels alts valors de diF / dt és el petit inductància en un circuit que conté una font de tensió directa i un díode encès. Per reduir els valors de diF / dt, es connecta una inductància en sèrie amb el díode, que limita la velocitat d'augment del corrent.

Per reduir els valors de les amplituds de les tensions aplicades al díode quan el circuit està apagat, s'utilitza una resistència R connectada en sèrie i condensador C és l'anomenat circuit RC connectat en paral·lel amb el díode.

Per protegir els díodes de sobrecàrregues de corrent en modes d'emergència, s'utilitzen fusibles elèctrics d'alta velocitat.

Els principals tipus de díodes de potència

Segons els paràmetres i la finalitat principals, els díodes solen dividir-se en tres grups: díodes de propòsit general, díodes de recuperació ràpida i díodes Schottky.

Díodes d'ús general

Aquest grup de díodes es distingeix per alts valors de tensió inversa (de 50 V a 5 kV) i corrent directe (de 10 A a 5 kA). L'estructura de semiconductors massiva dels díodes en degrada el rendiment. Per tant, el temps de recuperació inversa dels díodes sol estar en el rang de 25-100 μs, la qual cosa limita el seu ús en circuits amb freqüències superiors a 1 kHz.Com a regla general, funcionen en xarxes industrials amb una freqüència de 50 (60) Hz. La caiguda de tensió contínua als díodes d'aquest grup és de 2,5-3 V.

Els díodes de potència vénen en paquets diferents. Els més estesos són dos tipus d'execució: un pin i una tauleta (Fig. 2 a, b).

Arròs. 2. Construcció de cossos de díodes: a — passador; b — tauleta

Díodes de recuperació ràpida. En la producció d'aquest grup de díodes, s'utilitzen diversos mètodes tecnològics per reduir el temps de recuperació inversa. En particular, s'utilitza el dopatge de silici mitjançant el mètode de difusió de l'or o el platí, que permet reduir el temps de recuperació a 3-5 μs. Tanmateix, això redueix els valors permesos de corrent directe i tensió inversa. Els valors de corrent permesos són de 10 A a 1 kA, tensió inversa - de 50 V a 3 kV. Els díodes més ràpids tenen un temps de recuperació inversa de 0,1-0,5 μs. Aquests díodes s'utilitzen en circuits de polsos i d'alta freqüència amb freqüències de 10 kHz i superiors. El disseny dels díodes d'aquest grup és similar al dels díodes d'ús general.

Díode Schottky

El principi de funcionament dels díodes Schottky es basa en les propietats de la regió de transició entre el metall i el material semiconductor. Per als díodes de potència, s'utilitza una capa de silici esgotat de tipus n com a semiconductor. En aquest cas, hi ha una càrrega negativa a la regió de transició del costat metàl·lic i una càrrega positiva al costat del semiconductor.

Una peculiaritat dels díodes Schottky és que el corrent directe es deu al moviment només dels principals portadors: els electrons. La manca d'acumulació de portadors minoritaris redueix significativament la inèrcia dels díodes Schottky.El temps de recuperació no sol ser superior a 0,3 μs, la caiguda de tensió directa és d'uns 0,3 V. Els valors de corrent inversa en aquests díodes són 2-3 ordres de magnitud superiors als díodes d'unió p-n. La tensió inversa limitadora no sol ser superior a 100 V. S'utilitzen en circuits d'impulsos d'alta freqüència i baixa tensió.