Силовые диоды

В основе принципа действия большинства полупроводниковых приборов лежат явления и процессы, возникающие на границе между двумя областями полупроводника с различными типами электрической проводимости – электронной (n-типа) и дырочной (р-типа). В области n-типа преобладают электроны, которые являются основными носителями электрических зарядов, в р-области таковыми являются положительные заряды (дырки). Граница между двумя областями с различными типами проводимости называется р-п-переходом.

Функционально диод (рис. 1.) можно считать неуправляемым электронным ключом с односторонней проводимостью. Диод находится в проводящем состоянии (замкнутый ключ), если к нему приложено прямое напряжение.

Рис. 1. Условно-графическое обозначение диода

Ток через диод iF определяется параметрами внешней цепи, а падение напряжения на полупроводниковой структуре имеет небольшое значение. Если к диоду приложено обратное напряжение, то он находится в непроводящем состоянии (разомкнутый ключ) и через него протекает небольшой ток. Падение напряжения на диоде в этом случае определяется параметрами внешней цепи.

Защита силовых диодов

Наиболее характерными причинами электрического повреждения диода являются высокая скорость нарастания прямого тока diF/dt при его включении, перенапряжения при выключении, превышение максимального значения прямого тока и пробой структуры недопустимо большим обратным напряжением.

При высоких значениях diF/dt возникает неравномерная концентрация носителей заряда в структуре диода и, как следствие этого, локальные перегревы с последующим повреждением структуры. Основной причиной высоких значений diF/dt является малая индуктивность в контуре, содержащем источник прямого напряжения и включенный диод. Для снижения значений diF/dt последовательно с диодом включается индуктивность, которая ограничивает скорость нарастания тока.

Для уменьшения амплитудных значений напряжений, прилагаемых к диоду при отключении цепи, используется соединённые последовательно резистор R и конденсатор C – так называемая RC-цепь, подключаемая параллельно диоду.

Для защиты диодов от токовых перегрузок в аварийных режимах используются быстродействующие электрические предохранители.

Основные типы силовых диодов

По основным параметрам и назначению диоды принято разделять на три группы: общего назначения, быстровосстанавливающиеся диоды и диоды Шоттки.

Диоды общего назначения

Эта группа диодов отличается высокими значениями обратного напряжения (от 50 В до 5 кВ) и прямого тока (от 10 А до 5 кА). Массивная полупроводниковая структура диодов ухудшает их быстродействие. Поэтому время обратного восстановления диодов обычно находится в диапазоне 25-100 мкс, что ограничивает их использование в цепях с частотой выше 1 кГц. Как правило, они работают в промышленных сетях с частотой 50 (60) Гц. Прямое падение напряжения на диодах этой группы составляет 2,5-3 В.

Силовые диоды выпускаются в различных корпусах. Наибольшее распространение получили два вида исполнения: штыревой и таблеточный (рис. 2 а, б).

Рис. 2. Конструкция корпусов диодов: а – штыревая; б – таблеточная

Принцип действия диодов Шоттки основан на свойствах области перехода между металлом и полупроводниковым материалом. Для силовых диодов в качестве полупроводника используется обедненный слой кремния n-типа. При этом в области перехода со стороны металла имеет место отрицательный заряд, а со стороны полупроводника – положительный.

Особенностью диодов Шоттки является то, что прямой ток обусловлен движением только основных носителей – электронов. Отсутствие накопления неосновных носителей существенно уменьшает инерционность диодов Шоттки. Время восстановления составляет обычно не более 0,3 мкс, падение прямого напряжения примерно 0,3 В. Значения обратных токов в этих диодах на 2-3 порядка выше, чем в диодах с p-n-переходом. Предельное обратное напряжений обычно не более 100 В. Они используются в высокочастотных и импульсных цепях низкого напряжения.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

Блог / Новости

Быстровосстанавливающиеся диоды и тиристоры от ООО РУ Электронные компоненты

В чем заключается принцип быстрого восстановления диодов и тиристоров?

Главной отличительной особенностью быстровосстанавливающихся высокочастотных диодов ДЧ, ДЧЛ и тиристоров ТЧ, ТЧИ от «РУЭЛКОМ» является их малое время обратного восстановления, то есть короткий временной промежуток, при котором осуществляется запирание. В результате зависимости от динамических характеристик, такие компоненты также могут именоваться как быстровыключающиеся.

При переводе тиристора или диода в закрытое состояние возникает растекание накопленного заряда на границе p-n области, и ток изменяет свое направление с прямого на обратное, после чего спадает до нуля. Обратное напряжение при этом возрастает до значения, определяемого напряжением подключенного к нему источника. Таким образом, обратным восстановлением называют общее время распределения неосновных носителей заряда и спада обратного тока до заданной величины.

Оптимизация быстровосстанавливающихся тиристоров ТЧ

Тиристоры ТЧ обладают повышенным быстродействием благодаря улучшенной технологии изготовления многослойной структуры. При этом сохраняются приемлемые статические параметры, удовлетворяющие требованиям для определенного класса схем.

При изготовлении p-n перехода уменьшают толщину и размеры его базовых областей, а также используют легирование кремния за счет диффузии золота. Такой метод позволяет существенно ускорить время рассасывания заряда при прохождении прямого тока и обеспечить высокую скорость обратного восстановления. Тиристоры быстровосстанавливающиеся ТЧ имеют малые коммутационные потери и работают на частоте до 25 кГц с временем выключения до 30 мкс и включения до 5 мкс.

Эффективная защита быстровосстанавливающихся диодов

Оптимальным сочетанием параметров обладают высокочастотные лавинные диоды ДЧЛ, которые способны управлять лавинообразованием и обеспечивать защиту других приборов от возможных перенапряжений в питающих цепях преобразователей. В итоге, допускается исключение или упрощение специальных защитных элементов и впоследствии, уменьшение конструкции схемы.

Источник