Teljesítmény diódák

Elektronlyuk vegyület

A legtöbb félvezető eszköz működési elve olyan jelenségeken és folyamatokon alapul, amelyek a félvezető két régiója közötti határon mennek végbe, különböző típusú elektromos vezetőképességgel - elektron (n-típusú) és lyuk (p-típus). Az n-típusú régióban az elektronok vannak túlsúlyban, amelyek az elektromos töltések fő hordozói, a p-régióban ezek pozitív töltések (lyukak). A két különböző vezetőképességű régió közötti határt pn átmenetnek nevezzük.

Funkcionálisan a dióda (1. ábra) egyoldali vezetésű, szabályozatlan elektronikus kapcsolónak tekinthető. Egy dióda akkor van vezető állapotban (zárt kapcsoló), ha előremenő feszültséget kapcsolunk rá.

Rizs. 1. A dióda hagyományos grafikus jelölése

Az iF diódán átmenő áramot a külső áramkör paraméterei határozzák meg, és a félvezető szerkezet feszültségesése csekély jelentőséggel bír. Ha a diódára fordított feszültséget kapcsolunk, az nem vezető állapotban van (nyitott kapcsoló), és kis áram folyik rajta. A feszültségesést a diódán ebben az esetben a külső áramkör paraméterei határozzák meg.

A diódák védelme

A dióda elektromos meghibásodásának legjellemzőbb oka a diF / dt előremenő áram nagymértékű növekedése bekapcsolt állapotban, túlfeszültség kikapcsolt állapotban, az előremenő áram maximális értékének túllépése és a szerkezet megtörése elfogadhatatlanul magas fordított feszültséggel.

Magas diF / dt értékeknél a töltéshordozók egyenetlen koncentrációja jelenik meg a dióda szerkezetében, és ennek eredményeként helyi túlmelegedés, majd a szerkezet károsodása. A diF / dt magas értékének fő oka a kicsi induktivitás egy előremenő feszültségforrást és egy bekapcsolt diódát tartalmazó áramkörben. A diF / dt értékének csökkentése érdekében egy induktivitást sorba kapcsolnak a diódával, amely korlátozza az áram növekedési sebességét.

A diódára adott feszültségek amplitúdóinak csökkentése érdekében, amikor az áramkör ki van kapcsolva, sorosan kapcsolt R ellenállást használnak, és kondenzátor C a diódával párhuzamosan kapcsolt úgynevezett RC áramkör.

A diódák védelmére az áram túlterhelésétől vészhelyzeti üzemmódban nagy sebességű elektromos biztosítékokat használnak.

A teljesítménydiódák fő típusai

A fő paraméterek és cél szerint a diódákat általában három csoportba osztják: általános célú diódák, gyors helyreállítású diódák és Schottky diódák.

Általános célú diódák

Ezt a diódák csoportját a fordított feszültség (50 V-tól 5 kV-ig) és az előremenő áram (10 A-tól 5 kA-ig) magas értéke jellemzi. A diódák masszív félvezető szerkezete rontja teljesítményüket. Ezért a diódák fordított helyreállítási ideje általában 25-100 μs tartományba esik, ami korlátozza alkalmazásukat 1 kHz feletti frekvenciájú áramkörökben.Általában 50 (60) Hz frekvenciájú ipari hálózatokban működnek. Ennek a csoportnak a diódáin a folyamatos feszültségesés 2,5-3 V.

A teljesítménydiódák különböző kiszerelésben kaphatók. A legelterjedtebb kétféle végrehajtás: tű és tábla (2. a, b ábra).

Rizs. 2. Diódatestek felépítése: a — tű; b — tabletta

Gyors helyreállítású diódák. Ennek a diódacsoportnak a gyártása során különféle technológiai módszereket alkalmaznak a fordított helyreállítási idő csökkentésére. Különösen az arany vagy platina diffúziós módszerével szilícium adalékolást alkalmazzák, amely lehetővé teszi a helyreállítási idő 3-5 μs-ra csökkentését. Ez azonban csökkenti az előremenő áram és a fordított feszültség megengedett értékeit. A megengedett áramértékek 10 A és 1 kA között, a fordított feszültség 50 V és 3 kV között vannak. A leggyorsabb diódák fordított helyreállítási ideje 0,1-0,5 μs. Az ilyen diódákat impulzus- és nagyfrekvenciás áramkörökben használják, legalább 10 kHz-es frekvenciájú. Az ebbe a csoportba tartozó diódák kialakítása hasonló az általános célú diódákhoz.

Schottky dióda

A Schottky-diódák működési elve a fém és a félvezető anyag közötti átmeneti tartomány tulajdonságain alapul. A teljesítménydiódáknál félvezetőként n-típusú szegényített szilíciumréteget használnak. Ebben az esetben a fém oldalon az átmeneti tartományban negatív, a félvezető oldalon pozitív töltés található.

A Schottky-diódák sajátossága, hogy az előremenő áramot csak a fő hordozók - az elektronok - mozgása okozza. A kisebbségi vivőakkumuláció hiánya jelentősen csökkenti a Schottky-diódák tehetetlenségét.A helyreállítási idő általában nem haladja meg a 0,3 μs-t, az előremenő feszültségesés körülbelül 0,3 V. A fordított áramértékek ezekben a diódákban 2-3 nagyságrenddel nagyobbak, mint a p-n átmenetű diódákban. A korlátozó fordított feszültség általában nem haladja meg a 100 V-ot. Ezeket nagyfrekvenciás és kisfeszültségű impulzusáramkörökben használják.