Захранващи диоди

Съединение с електронен отвор

Принципът на действие на повечето полупроводникови устройства се основава на явления и процеси, които се случват на границата между две области на полупроводник с различни видове електрическа проводимост-електронна (n-тип) и дупка (p-тип). В областта n-тип преобладават електроните, които са основните носители на електрически заряди, в р-областта това са положителни заряди (дупки). Границата между две области с различни видове проводимост се нарича pn преход.

Функционално диодът (фиг. 1) може да се счита за неконтролиран електронен превключвател с едностранна проводимост. Диодът е в проводимо състояние (затворен превключвател), ако към него се приложи напрежение напред.

Ориз. 1. Конвенционално графично обозначение на диода

Токът през iF диода се определя от параметрите на външната верига, а спадът на напрежението в полупроводниковата структура е от малко значение. Ако към диода бъде приложено обратно напрежение, то то е в непроводимо състояние (отворен превключвател) и през него тече малък ток. Падането на напрежението върху диода в този случай се определя от параметрите на външната верига.

Защита на диодите

Най -типичните причини за електрически повреди на диод са висок темп на нарастване на тока напред diF / dt, когато е включен, пренапрежение, когато е изключено, надвишаване на максималната стойност на тока напред и разрушаване на конструкцията с неприемливо високо обратно напрежение.

При високи стойности на diF / dt се появява неравномерна концентрация на носители на заряд в диодната структура и вследствие на това локално прегряване с последващо увреждане на структурата. Основната причина за високите стойности на diF / dt е малката индуктивност във верига, съдържаща източник на напрежение напред и включен диод. За да се намалят стойностите на diF / dt, индуктивността е свързана последователно с диода, което ограничава скоростта на нарастване на тока.

За да се намалят стойностите на амплитудите на напреженията, приложени към диода, когато веригата е изключена, се използва последователно свързан резистор R и кондензатор C е така наречената RC верига, свързана паралелно с диода.

За защита на диодите от текущи претоварвания в аварийни режими се използват високоскоростни електрически предпазители.

Основните видове силови диоди

Според основните параметри и предназначение, диодите обикновено се разделят на три групи: диоди с общо предназначение, бързо възстановяване и диоди на Шотки.

Диоди с общо предназначение

Тази група диоди се отличава с високи стойности на обратно напрежение (от 50 V до 5 kV) и ток напред (от 10 A до 5 kA). Масивната полупроводникова структура на диодите влошава тяхната производителност. Следователно времето за обратно възстановяване на диодите обикновено е в диапазона от 25-100 μs, което ограничава използването им във вериги с честота над 1 kHz. По правило те работят в промишлени мрежи с честота 50 (60) Hz. Продължителният спад на напрежението върху диодите от тази група е 2,5-3 V.

Захранващите диоди се предлагат в различни опаковки. Най -широко разпространени са два вида изпълнение: щифт и таблет (фиг. 2 а, б).

Ориз. 2. Конструкция на диодни тела: а — щифт; б — таблет

Диоди за бързо възстановяване. При производството на тази група диоди се използват различни технологични методи за намаляване на времето за обратно възстановяване. По -специално се използва силициево легиране по метода на дифузия на злато или платина.Това дава възможност да се намали времето за обратно възстановяване до 3-5 μs. Това обаче намалява допустимите стойности на прав ток и обратно напрежение. Допустимите стойности на тока са от 10 A до 1 kA, обратно напрежение — от 50 V до 3 kV. Най-бързите диоди имат време за обратно възстановяване от 0,1-0,5 μs. Такива диоди се използват в импулсни и високочестотни вериги с честоти 10 kHz и по-високи. Дизайнът на диодите в тази група е подобен на този на диодите с общо предназначение.

Диоди Шотки

Принципът на действие на диодите Шотки се основава на свойствата на преходната област между метала и полупроводниковия материал. За диоди за захранване като полупроводник се използва слой от обеднен силиций n-тип. В този случай отрицателен заряд има в преходната област от металната страна и положителен заряд от страна на полупроводника.

Особеност на диодите на Шотки е, че токът напред се дължи на движението само на основните носители — електрони. Липсата на натрупване на малцинствени носители значително намалява инерцията на диодите Шотки. Времето за възстановяване обикновено не е повече от 0,3 μs, спадът на напрежението напред е около 0,3 V. Стойностите на обратните токове в тези диоди са с 2-3 порядъка по-високи, отколкото в диодите с p-n-преход. Ограничаващото обратно напрежение обикновено е не повече от 100 V. Те се използват във високочестотни и нисковолтови импулсни вериги.