güç diyotları

Elektron deliği bileşiği

Çoğu yarı iletken cihazın çalışma prensibi, bir yarı iletkenin farklı elektriksel iletkenlik türlerine sahip iki bölgesi - elektron (n-tipi) ve delik (p-tipi) arasındaki sınırda meydana gelen olaylara ve işlemlere dayanır. N-tipi bölgede elektrik yüklerinin ana taşıyıcıları olan elektronlar baskındır, p-bölgesinde bunlar pozitif yüklerdir (delikler). Farklı iletkenlik tiplerine sahip iki bölge arasındaki sınıra pn kavşağı denir.

İşlevsel olarak, diyot (Şekil 1), tek taraflı iletim ile kontrolsüz bir elektronik anahtar olarak kabul edilebilir. Bir ileri voltaj uygulanırsa, bir diyot iletken durumdadır (kapalı anahtar).

Pirinç. 1. Diyotun geleneksel grafik gösterimi

iF diyotundan geçen akım, harici devrenin parametreleri tarafından belirlenir ve yarı iletken yapıdaki voltaj düşüşünün çok az önemi vardır. Diyotta ters voltaj uygulanırsa, iletken olmayan bir durumdadır (açık anahtar) ve içinden küçük bir akım akar. Bu durumda diyot üzerindeki voltaj düşüşü, harici devrenin parametreleri tarafından belirlenir.

Diyotların korunması

Bir diyotun elektriksel arızalarının en tipik nedenleri, açıkken ileri akım diF / dt'nin yüksek oranda artması, kapalıyken aşırı voltajın artması, ileri akımın maksimum değerini aşması ve yapıyı kabul edilemeyecek kadar yüksek bir ters voltajla kırmasıdır.

Yüksek diF / dt değerlerinde, diyot yapısında eşit olmayan bir yük taşıyıcı konsantrasyonu ortaya çıkar ve sonuç olarak, yapıya müteakip hasar veren yerel aşırı ısınma. diF/dt değerlerinin yüksek olmasının ana nedeni küçük olmasıdır. indüktans bir ileri voltaj kaynağı ve bir açık diyot içeren bir devrede. diF / dt değerlerini azaltmak için, akımın yükselme oranını sınırlayan diyot ile seri olarak bir endüktans bağlanır.

Devre kapatıldığında diyota uygulanan gerilimlerin genlik değerlerini azaltmak için seri bağlı bir direnç R kullanılır ve kondansatör C diyoda paralel bağlı sözde RC devresidir.

Acil durum modlarında diyotları akım aşırı yüklerinden korumak için yüksek hızlı elektrik sigortaları kullanılır.

Ana güç diyot türleri

Ana parametrelere ve amaca göre diyotlar genellikle üç gruba ayrılır: genel amaçlı diyotlar, hızlı iyileşme diyotları ve Schottky diyotlar.

genel amaçlı diyotlar

Bu diyot grubu, yüksek ters voltaj değerleri (50 V ila 5 kV) ve ileri akım (10 A ila 5 kA) ile ayırt edilir. Diyotların masif yarı iletken yapısı performanslarını düşürür. Bu nedenle, diyotların ters toparlanma süresi genellikle 25-100 μs aralığındadır ve bu, frekansları 1 kHz'in üzerinde olan devrelerde kullanımlarını sınırlar.Kural olarak, 50 (60) Hz frekanslı endüstriyel ağlarda çalışırlar. Bu grubun diyotları arasındaki sürekli voltaj düşüşü 2,5-3 V'tur.

Güç diyotları farklı paketlerde gelir. En yaygın olanı iki tür uygulamadır: bir iğne ve bir tablet (Şekil 2 a, b).

Pirinç. 2. Diyot gövdelerinin yapısı: a — pin; b — tablet

Hızlı kurtarma diyotları. Bu grup diyotların üretiminde ters toparlanma süresini kısaltmak için çeşitli teknolojik yöntemler kullanılmaktadır. Özellikle altın veya platinin difüzyon yöntemi kullanılarak silikon katkılanması kullanılır, bu da iyileşme süresinin 3-5 μs'ye düşürülmesini mümkün kılar. Ancak bu, ileri akım ve ters voltajın izin verilen değerlerini azaltır. İzin verilen akım değerleri 10 A ila 1 kA, ters voltaj - 50 V ila 3 kV arasındadır. En hızlı diyotlar, 0,1-0,5 μs'lik bir ters toparlanma süresine sahiptir. Bu tür diyotlar, 10 kHz ve daha yüksek frekanslara sahip darbeli ve yüksek frekanslı devrelerde kullanılır. Bu gruptaki diyotların tasarımı genel amaçlı diyotlara benzer.

diyot Schottky

Schottky diyotların çalışma prensibi, metal ile yarı iletken malzeme arasındaki geçiş bölgesinin özelliklerine dayanmaktadır. Güç diyotları için, yarı iletken olarak bir n-tipi tükenmiş silikon tabakası kullanılır. Bu durumda metal tarafta geçiş bölgesinde negatif, yarı iletken tarafta pozitif bir yük vardır.

Schottky diyotlarının bir özelliği, ileri akımın yalnızca ana taşıyıcıların - elektronların hareketinden kaynaklanmasıdır. Azınlık taşıyıcı birikiminin olmaması, Schottky diyotlarının ataletini önemli ölçüde azaltır.İyileşme süresi genellikle 0,3 μs'den fazla değildir, ileri voltaj düşüşü yaklaşık 0,3 V'tur. Bu diyotlardaki ters akım değerleri, p-n-jonksiyon diyotlarından 2-3 kat daha yüksektir. Sınırlayıcı ters voltaj genellikle 100 V'tan fazla değildir. Yüksek frekanslı ve düşük voltajlı darbe devrelerinde kullanılırlar.