파워 다이오드
전자 정공 화합물
대부분의 반도체 장치의 작동 원리는 전자(n형)와 정공(p형)이라는 서로 다른 유형의 전기 전도도를 갖는 반도체의 두 영역 사이의 경계에서 발생하는 현상 및 프로세스를 기반으로 합니다. n형 영역에서는 전하의 주요 캐리어인 전자가 우세하며, p형 영역에서는 양전하(정공)입니다. 전도성 유형이 다른 두 영역 사이의 경계를 pn 접합이라고 합니다.
기능적으로 다이오드(그림 1)는 한쪽 전도가 있는 제어되지 않는 전자 스위치로 간주할 수 있습니다. 순방향 전압이 가해지면 다이오드는 전도 상태(닫힌 스위치)에 있습니다.
쌀. 1. 다이오드의 기존 그래픽 지정
iF 다이오드를 통과하는 전류는 외부 회로의 매개변수에 의해 결정되며 반도체 구조의 전압 강하는 거의 중요하지 않습니다. 다이오드에 역방향 전압을 가하면 비전도 상태(오픈 스위치)가 되어 소량의 전류가 흐릅니다. 이 경우 다이오드 양단의 전압 강하는 외부 회로의 매개변수에 의해 결정됩니다.
다이오드 보호
다이오드의 전기적 고장의 가장 일반적인 원인은 켜졌을 때 순방향 전류 diF / dt의 높은 상승률, 꺼졌을 때 과전압, 순방향 전류의 최대 값을 초과하고 용납 할 수 없을 정도로 높은 역 전압으로 구조를 깨는 것입니다.
diF / dt의 높은 값에서 다이오드 구조에 불균일 한 전하 캐리어 농도가 나타나 결과적으로 국부 과열로 인해 구조가 손상됩니다. diF / dt 값이 높은 주된 이유는 작은 인덕턴스 순방향 전압 소스와 온 다이오드를 포함하는 회로에서. diF / dt 값을 줄이기 위해 인덕턴스가 다이오드와 직렬로 연결되어 전류 상승률을 제한합니다.
회로가 꺼질 때 다이오드에 가해지는 전압의 진폭 값을 줄이기 위해 직렬 연결된 저항 R이 사용되며 콘덴서 C는 다이오드와 병렬로 연결된 소위 RC 회로입니다.
비상 모드에서 전류 과부하로부터 다이오드를 보호하기 위해 고속 전기 퓨즈가 사용됩니다.
전력 다이오드의 주요 유형
주요 매개 변수와 목적에 따라 다이오드는 일반적으로 범용 다이오드, 고속 복구 다이오드 및 쇼트키 다이오드의 세 그룹으로 나뉩니다.
범용 다이오드
이 다이오드 그룹은 높은 값의 역 전압(50V ~ 5kV) 및 순방향 전류(10A ~ 5kA)로 구별됩니다. 다이오드의 거대한 반도체 구조는 성능을 저하시킵니다. 따라서 다이오드의 역회복 시간은 일반적으로 25-100μs 범위이며, 이는 1kHz 이상의 주파수를 가진 회로에서의 사용을 제한합니다.일반적으로 50(60)Hz 주파수의 산업용 네트워크에서 작동합니다. 이 그룹의 다이오드 양단의 연속 전압 강하는 2.5-3V입니다.
파워 다이오드는 다양한 패키지로 제공됩니다. 가장 널리 퍼진 것은 핀과 태블릿의 두 가지 실행 유형입니다(그림 2a, b).
쌀. 2. 다이오드 본체의 구조: a — 핀; b — 태블릿
빠른 복구 다이오드. 이 다이오드 그룹을 생산할 때 역 복구 시간을 줄이기 위해 다양한 기술 방법이 사용됩니다. 특히, 금이나 백금의 확산 방식을 이용한 실리콘 도핑을 사용하여 복구 시간을 3~5μs로 줄일 수 있습니다. 그러나 이것은 순방향 전류 및 역방향 전압의 허용 값을 감소시킵니다. 허용 가능한 전류 값은 10A ~ 1kA, 역 전압 - 50V ~ 3kV입니다. 가장 빠른 다이오드의 역회복 시간은 0.1-0.5μs입니다. 이러한 다이오드는 주파수가 10kHz 이상인 펄스 및 고주파 회로에 사용됩니다. 이 그룹의 다이오드 설계는 범용 다이오드의 설계와 유사합니다.
다이오드 쇼트키
쇼트키 다이오드의 작동 원리는 금속과 반도체 재료 사이의 전이 영역의 특성을 기반으로 합니다. 파워 다이오드의 경우 n형 공핍 실리콘 층이 반도체로 사용됩니다. 이 경우 금속 쪽의 전이 영역에는 음전하가 있고 반도체 쪽에는 양전하가 있습니다.
Schottky 다이오드의 특징은 순방향 전류가 주 캐리어인 전자의 이동으로 인해 발생한다는 것입니다. 소수 캐리어 축적이 없기 때문에 쇼트키 다이오드의 관성이 크게 줄어듭니다.복구 시간은 일반적으로 0.3μs 이하이고 순방향 전압 강하는 약 0.3V입니다. 이 다이오드의 역 전류 값은 p-n 접합 다이오드보다 2-3 배 더 높습니다. 제한 역 전압은 일반적으로 100V 이하입니다. 고주파 및 저전압 펄스 회로에 사용됩니다.