Power dioder

Elektronhulsforbindelse

Funktionsprincippet for de fleste halvlederenheder er baseret på fænomener og processer, der forekommer ved grænsen mellem to områder af en halvleder med forskellige typer elektrisk ledningsevne - elektron (n-type) og hul (p-type). I n-type regionen dominerer elektroner, som er de vigtigste bærere af elektriske ladninger, i p-regionen er disse positive ladninger (huller). Grænsen mellem to områder af forskellige ledningsevnetyper kaldes en pn-forbindelse.

Funktionelt kan dioden (fig. 1) betragtes som en ukontrolleret elektronisk afbryder med ensidig ledning. En diode er i ledende tilstand (lukket kontakt), hvis der påføres en fremadgående spænding på den.

Ris. 1. Konventionel grafisk betegnelse af dioden

Strømmen gennem iF-dioden bestemmes af parametrene for det eksterne kredsløb, og spændingsfaldet i halvlederstrukturen er af ringe betydning. Hvis en omvendt spænding påføres dioden, er den i en ikke-ledende tilstand (åben kontakt), og der løber en lille strøm gennem den. Spændingsfaldet over dioden i dette tilfælde bestemmes af parametrene for det eksterne kredsløb.

Beskyttelse af dioderne

De mest typiske årsager til elektriske fejl i en diode er en høj stigningshastighed af fremadstrømmen diF / dt, når den er tændt, overspænding, når den er slukket, overskridelse af den maksimale værdi af fremadstrømmen og brydning af strukturen med en uacceptabel høj bagspænding.

Ved høje værdier af diF / dt vises en ujævn koncentration af ladningsbærere i diodestrukturen og som et resultat lokal overophedning med efterfølgende skade på strukturen. Hovedårsagen til de høje værdier af diF / dt er den lille induktans i et kredsløb, der indeholder en fremadspændingskilde og en tændt diode. For at reducere værdierne af diF / dt er en induktans forbundet i serie med dioden, hvilket begrænser strømmens stigningshastighed.

For at reducere værdierne af amplituderne af de spændinger, der påføres dioden, når kredsløbet er slukket, bruges en serieforbundet modstand R og kondensator C er det såkaldte RC-kredsløb forbundet parallelt med dioden.

For at beskytte dioderne mod strømoverbelastninger i nødtilstande bruges højhastigheds elektriske sikringer.

De vigtigste typer strømdioder

Ifølge hovedparametrene og formålet er dioder normalt opdelt i tre grupper: dioder til generelle formål, dioder til hurtig genopretning og Schottky-dioder.

Almindelige dioder

Denne gruppe af dioder er kendetegnet ved høje værdier af omvendt spænding (fra 50 V til 5 kV) og fremadgående strøm (fra 10 A til 5 kA). Dioders massive halvlederstruktur forringer deres ydeevne. Derfor er den omvendte genopretningstid for dioder normalt i området 25-100 μs, hvilket begrænser deres brug i kredsløb med frekvenser over 1 kHz.Som regel arbejder de i industrielle netværk med en frekvens på 50 (60) Hz. Det kontinuerlige spændingsfald over dioderne i denne gruppe er 2,5-3 V.

Power dioder kommer i forskellige pakker. De mest udbredte er to typer af udførelse: en stift og en tablet (fig. 2 a, b).

Ris. 2. Konstruktion af diodelegemer: a — stift; b - tablet

Hurtig genopretningsdioder. I produktionen af ​​denne gruppe af dioder bruges forskellige teknologiske metoder til at reducere tiden for omvendt genopretning. Der anvendes især siliciumdoping ved hjælp af diffusionsmetoden af ​​guld eller platin, hvilket gør det muligt at reducere restitutionstiden til 3-5 μs. Dette reducerer dog de tilladte værdier for fremadgående strøm og omvendt spænding. De tilladte strømværdier er fra 10 A til 1 kA, omvendt spænding - fra 50 V til 3 kV. De hurtigste dioder har en omvendt restitutionstid på 0,1-0,5 μs. Sådanne dioder bruges i puls- og højfrekvente kredsløb med frekvenser på 10 kHz og højere. Udformningen af ​​dioder i denne gruppe svarer til dioder til generelle formål.

Diode Schottky

Princippet for drift af Schottky-dioder er baseret på egenskaberne af overgangsområdet mellem metallet og halvledermaterialet. Til effektdioder bruges et lag af n-type udtømt silicium som halvleder. I dette tilfælde er der en negativ ladning i overgangsområdet på metalsiden og en positiv ladning på halvledersiden.

En ejendommelighed ved Schottky-dioder er, at den fremadgående strøm kun skyldes bevægelsen af ​​​​hovedbærerne - elektroner. Manglen på minoritetsbæreakkumulering reducerer inertien af ​​Schottky-dioder markant.Gendannelsestiden er normalt ikke mere end 0,3 μs, fremadgående spændingsfald er omkring 0,3 V. De omvendte strømværdier i disse dioder er 2-3 størrelsesordener højere end i p-n-junction dioder. Den begrænsende omvendte spænding er normalt ikke mere end 100 V. De bruges i højfrekvente og lavspændingsimpulskredsløb.