diodos de energia

Composto de buraco de elétron

O princípio de operação da maioria dos dispositivos semicondutores é baseado em fenômenos e processos que ocorrem na fronteira entre duas regiões de um semicondutor com diferentes tipos de condutividade elétrica - elétron (tipo n) e buraco (tipo p). Na região tipo n, predominam os elétrons, que são os principais portadores de cargas elétricas, na região p, são cargas positivas (buracos). A fronteira entre duas regiões de diferentes tipos de condutividade é chamada de junção pn.

Funcionalmente, o diodo (Fig. 1) pode ser considerado uma chave eletrônica não controlada com condução unilateral. Um diodo está no estado de condução (chave fechada) se uma tensão direta for aplicada a ele.

Arroz. 1. Designação gráfica convencional do diodo

A corrente através do diodo iF é determinada pelos parâmetros do circuito externo, e a queda de tensão na estrutura do semicondutor é de pouca importância. Se uma tensão reversa for aplicada ao diodo, ele estará em um estado não condutor (interruptor aberto) e uma pequena corrente fluirá através dele. A queda de tensão no diodo, neste caso, é determinada pelos parâmetros do circuito externo.

Proteção dos diodos

As causas mais típicas de falhas elétricas de um diodo são uma alta taxa de aumento da corrente direta diF / dt quando ligado, sobretensão quando desligado, excedendo o valor máximo da corrente direta e quebrando a estrutura com uma tensão reversa inaceitavelmente alta.

Em altos valores de diF / dt, uma concentração desigual de portadores de carga aparece na estrutura do diodo e, como resultado, superaquecimento local com subsequente dano à estrutura. A principal razão para os altos valores de diF/dt é o pequeno indutância em um circuito contendo uma fonte de tensão direta e um diodo ligado. Para reduzir os valores de diF/dt, uma indutância é conectada em série com o diodo, o que limita a taxa de aumento da corrente.

Para reduzir os valores das amplitudes das tensões aplicadas ao diodo quando o circuito é desligado, um resistor R conectado em série é usado e capacitor C é o chamado circuito RC conectado em paralelo com o diodo.

Para proteger os diodos de sobrecargas de corrente em modos de emergência, são usados ​​fusíveis elétricos de alta velocidade.

Os principais tipos de diodos de potência

De acordo com os principais parâmetros e finalidade, os diodos geralmente são divididos em três grupos: diodos de uso geral, diodos de recuperação rápida e diodos Schottky.

Diodos de uso geral

Este grupo de diodos se distingue por altos valores de tensão reversa (de 50 V a 5 kV) e corrente direta (de 10 A a 5 kA). A massiva estrutura semicondutora dos diodos degrada seu desempenho. Portanto, o tempo de recuperação reversa dos diodos geralmente fica na faixa de 25-100 μs, o que limita seu uso em circuitos com frequências acima de 1 kHz.Via de regra, trabalham em redes industriais com frequência de 50 (60) Hz. A queda de tensão contínua nos diodos deste grupo é de 2,5-3 V.

Os diodos de potência vêm em pacotes diferentes. Os mais difundidos são dois tipos de execução: um alfinete e um tablet (Fig. 2 a, b).

Arroz. 2. Construção dos corpos dos diodos: a — pino; b- tablet

Diodos de recuperação rápida. Na produção deste grupo de diodos, vários métodos tecnológicos são utilizados para reduzir o tempo de recuperação reversa. Em particular, a dopagem de silício usando o método de difusão de ouro ou platina é usada, o que permite reduzir o tempo de recuperação para 3-5 μs. No entanto, isso reduz os valores permitidos de corrente direta e tensão reversa. Os valores de corrente permitidos são de 10 A a 1 kA, tensão reversa - de 50 V a 3 kV. Os diodos mais rápidos têm um tempo de recuperação reversa de 0,1-0,5 μs. Esses diodos são usados ​​em circuitos de pulso e de alta frequência com frequências de 10 kHz e superiores. O design dos diodos neste grupo é semelhante ao dos diodos de uso geral.

Diodo Schottky

O princípio de operação dos diodos Schottky é baseado nas propriedades da região de transição entre o metal e o material semicondutor. Para diodos de potência, uma camada de silício empobrecido tipo n é usada como semicondutor. Nesse caso, há uma carga negativa na região de transição do lado do metal e uma carga positiva do lado do semicondutor.

Uma peculiaridade dos diodos Schottky é que a corrente direta é devida ao movimento apenas dos portadores principais - elétrons. A falta de acúmulo de portadores minoritários reduz significativamente a inércia dos diodos Schottky.O tempo de recuperação geralmente não é superior a 0,3 μs, a queda de tensão direta é de cerca de 0,3 V. Os valores de corrente reversa nesses diodos são 2-3 ordens de magnitude maiores do que nos diodos de junção p-n. A tensão reversa limitante geralmente não é superior a 100 V. Eles são usados ​​em circuitos de pulso de alta frequência e baixa tensão.