Диоды силовые – » :

alexxlab | 07.10.2019 | 0 | Разное

Содержание

1.2. Силовые диоды

Принципы действия большинства полупроводниковых приборов основаны на явлениях и процессах, возникающих на границе р и n-областей. В области n-типа преобладают электроны, которые являются основными носителями электрических зарядов, в p-области таковыми являются положительные заряды (дырки). Граница между двумя областями с различными типами проводимости называется p-n-переходом.

При отсутствии внешнего электрического поля, в результате процессов диффузии и рекомбинации основных носителей, концентрация подвижных носителей на границе p-n-перехода уменьшается. В результате в пограничной области образуются некомпенсированные заряды положительные со стороны n-области и отрицательные со стороны p-области (рис. 1.5, а). Пограничный слой, обедненный подвижными носителями, является электрически нейтральным при отсутствии внешнего электрического поля. В то же время на границе слоев возникает область пространственного заряда (ОПЗ), приводящая к образованию внутреннего электрического поля напряженностью

Е (рис. 1.5, б), направление которого препятствует дальнейшей диффузии подвижных носителей из одной области в другую.

Рис. 1.5. Электронно-дырочный переход: а, б– диаграммы напряжения и потенциал в области пространственного заряда; в – диаграмма фазового смещения

Наличие внутреннего поля напряженностью E приводит к воз­никновению потенциального барьера φ0 (рис. 1.5, в) или контактной разности потенциалов в ОПЗ, препятствующей прохождению электронов из n-области в p-область и дырок в обратном направлении. Такое состояние полупроводника при отсутствии внешнего электрического поля называется равновесным.

1.2.1. Статические характеристики диода

При подключении диода к внешнему источнику прямого напряжения иF (поло­жительным выводом источника к аноду, а отрицательным — к катоду) напряжен­ность потенциального барьера в ОПЗ снижается (рис. 1.5, в

). В результате под воздействием напряжения внешнего источника через диод начнет протекать пря­мой ток . Зависимость этого тока от прямого напряжения имеет вид

= ( - 1), (1.4)

где φт — тепловой потенциал, зависящий от температуры (φт 0,26 В).

При малых значениях φт и условии иF >> φт в (1.4) можно пренебречь единицей. В результате зависимость тока iF от напряжения иF изменяется экспоненциально [3].Функционально диод является электронным ключом с односторонней проводи­мостью. Диод находится в проводящем состоянии (замкнутый ключ), если он под­ключен к источнику прямого напряжения. Ток диода iF определяется параметрами внешних цепей, и напряжение на его выводах мало. Если диод подключен к источ­нику обратного напряжения, то он находится в непроводящем состоянии (разомк­нутый ключ) и его ток имеет небольшое значение. Напряжение на выводах диода определяется параметрами внешних цепей. Реальная статическая ВАХ диода при подключе­нии к источнику прямого напряжения может быть представлена экспонентой, а при подключении к источнику обратного напряжения — участком с постепенно воз­растающим обратным током

до значения постоянного тока вплоть до наступ­ления пробоя при увеличении обратного напряжения до предельного значения (рис.1.6 , а).

а б

Рис. 1.6. Статические ВАХ диода: а — реальная; б — аппроксимированная

Для расчетов режимов работы диодов статические ВАХ аппрок­симируются различными функциями (рис. 1.6, б).

studfiles.net

Силовые диоды | Онлайн журнал электрика

Электронно-дырочный переход

В базе принципа деяния большинства полупроводниковых устройств лежат явления и процессы, возникающие на границе меж 2-мя областями полупроводника с разными типами электронной проводимости – электрической (n-типа) и дырочной (р-типа). В области n-типа преобладают электроны, которые являются основными носителями электронных зарядов, в р-области такими являются положительные заряды (дырки). Граница меж 2-мя областями с разными типами проводимости именуется р-п-переходом.

Функционально диодик (рис. 1.) можно считать неуправляемым электрическим ключом с однобокой проводимостью. Диодик находится в проводящем состоянии (замкнутый ключ), если к нему приложено прямое напряжение.

Рис. 1. Условно-графическое обозначение диодика

Ток через диодик iF определяется параметрами наружной цепи, а падение напряжения на полупроводниковой структуре имеет маленькое значение. Если к диодику приложено оборотное напряжение, то он находится в непроводящем состоянии (разомкнутый ключ) и через него протекает маленький ток. Падение напряжения на диодике в данном случае определяется параметрами наружной цепи.

Защита силовых диодов

Более соответствующими причинами электронного повреждения диодика являются высочайшая скорость нарастания прямого тока diF/dt при его включении, перенапряжения при выключении, превышение наибольшего значения прямого тока и пробой структуры неприемлимо огромным оборотным напряжением.

При больших значениях diF/dt появляется неравномерная концентрация носителей заряда в структуре диодика и, как следствие этого, локальные перегревы с следующим повреждением структуры. Основной предпосылкой больших значений diF/dt является малая индуктивность в контуре, содержащем источник прямого напряжения и включенный диодик. Для понижения значений diF/dt поочередно с диодиком врубается индуктивность, которая ограничивает скорость нарастания тока.

Для уменьшения амплитудных значений напряжений, прилагаемых к диодику при выключении цепи, употребляется соединённые поочередно резистор R и конденсатор C – так именуемая RC-цепь, подключаемая параллельно диодику.

Для защиты диодов от токовых перегрузок в аварийных режимах употребляются быстродействующие электронные предохранители.

Главные типы силовых диодов

По главным характеристикам и предназначению диоды принято делить на три группы: общего предназначения, быстровосстанавливающиеся диоды и диоды Шоттки.

Диоды общего предназначения

Эта группа диодов отличается высочайшими значениями оборотного напряжения (от 50 В до 5 кВ) и прямого тока (от 10 А до 5 кА). Мощная полупроводниковая структура диодов усугубляет их быстродействие. Потому время оборотного восстановления диодов обычно находится в спектре 25-100 мкс, что ограничивает их внедрение в цепях с частотой выше 1 кГц. Обычно, они работают в промышленных сетях с частотой 50 (60) Гц. Прямое падение напряжения на диодиках этой группы составляет 2,5-3 В.

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

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

Быстровосстанавливающиеся диоды. При производстве этой группы диодов употребляются разные технологические способы, уменьшающие время оборотного восстановления. А именно, применяется легирование кремния способом диффузии золота либо платины. Благодаря этому удается уменьшить время оборотного восстановления до 3-5 мкс. Но при всем этом понижаются допустимые значения прямого тока и оборотного напряжения. Допустимые значения тока составляют от 10 А до 1 кА, оборотного напряжения — от 50 В до 3 кВ. У более быстродействующих диодов время оборотного восстановления составляет 0,1-0,5 мкс. Такие диоды употребляются в импульсных и высокочастотных цепях с частотами 10 кГц и выше. Конструкции диодов этой группы подобны конструкциям диодов общего предназначения.

Диоды Шоттки

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

Особенностью диодов Шоттки будет то, что прямой ток обоснован движением только главных носителей – электронов. Отсутствие скопления неосновных носителей значительно уменьшает инерционность диодов Шоттки. Время восстановления составляет обычно менее 0,3 мкс, падение прямого напряжения приблизительно 0,3 В. Значения оборотных токов в этих диодиках на 2-3 порядка выше, чем в диодиках с p-n-переходом. Предельное оборотное напряжений обычно менее 100 В. Они употребляются в высокочастотных и импульсных цепях низкого напряжения.

Силовые диоды

elektrica.info

Применение силовых диодов выпрямительного типа разной мощности

Силовые диоды (варикапы) являются полупроводниковыми приборами, функционирующими за счет использования одного стандартного p-n-перехода. Данные элементы бывают различных видов, в зависимости от того, в какой сфере они используются. Также они различаются своими характеристиками. Такие диоды еще называются выпрямительными, а их функция – преобразовывать переменный ток в однополярный. С этой целью варикап включают последовательно в цепь источника переменного тока и нагрузки. Ниже рассмотрим, что собой представляет данный прибор, и каковы его особенности.

Что это такое

Как классифицируются

Учитывая максимальный уровень прямого тока, диоды выпрямительного типа бывают:

  • маломощные – актуальны для выпрямления прямого тока до 300 mA;
  • средней мощности – 300 mA-10 A;
  • выпрямительные диоды большой мощности – больше 10 А.

При их изготовлении используется кремний или германий, однако, наиболее распространены кремниевые элементы, обладающие лучшими физическими свойствами. Их обратные токи в разы меньше, если сравнивать с германиевыми, при этом напряжение то же. Благодаря этой характеристике, в полупроводниках можно добиться высокой величины допустимого обратного напряжения – до 1500 В. Что касается германиевых диодов, здесь данный показатель варьируется от 100 до 400 В.

Также следует обратить внимание на сохранение функциональности при температурных нагрузках:

  • Кремниевые – сохраняют свои свойства при температуре от -60 до +150 градусов Цельсия;
  • Германиевые – от -60 до +85 градусов.

Обуславливается это тем, что когда уровень нагрева превышает +85 градусов, образуются электронно-дырочные пары, увеличивающие обратный ток, из-за чего работа диода становится менее эффективной.

Выпрямительными диодами называют полупроводниковые кристаллы, имеющие вид пластины. В их теле находятся две области с разной проводимостью. Именно по этой причине данные приборы носят название плоскостных. Процесс их производства выглядит следующим образом: сверху кристалла с n-проводимостью расплавляют алюминий, индий и бор, а на p-типе –фосфор. Под влиянием высокой температуры элементы плотно сплавляются друг с другом. Также следует заметить, что атомы данных материалов диффундируют в сам кристалл, из-за чего в нем появляется проводимость электронного или дырочного типа. Как результат, создается полупроводниковое устройство с двумя разными областями и отличающейся электропроводностью. Многие плоскостные мощные диоды, изготовленные из германия или кремния, функционируют именно по этому принципу.

Выделяют следующие виды силовых диодов:

  • Импульсные;
  • Обращенные;
  • Диоды Шоттки.

Прибор Шоттки

Импульсными – оборудуются, как правило, схемы невысокой мощности, к которым напряжение подводится импульсно. К ним предъявляется одно требование – из одного состояния в другое они должны переходить за короткий промежуток времени. Импульсные диоды имеют следующие особенности:

  • Время восстановления – время, за которое переключается напряжение на варикапе с прямого на обратное, и момент, когда ток уменьшается до определенного значения;
  • Время установления – интервал, когда прямой ток начинает протекать через прибор до определенной величины до момента установления выбранного напряжения;
  • Максимальный ток восстановления – обратный ток, прошедший через диод после переключения.

Отличительная черта обращенных диодов в том, что они в p-n-областях характеризуются большой концентрацией примесей. Обратное включение характеризуется малым сопротивлением, прямое – большим. Исходя из этого, они актуальны там, где требуется выпрямление малых сигналов, амплитуда которых не превышает нескольких десятков вольт.

Преимущество диодов Шоттки сводится к переходу металл-полупроводник. Производятся с использованием низкоомных n-кремниевых подложек и высокоомного эпитаксиального слоя (тонкий слой) аналогичного полупроводника. Сверху описанного слоя наносится металлический электрод, который отвечает за выпрямление, но он не способен инжектировать неосновные носители в базовую область. По этой причине в данных приборах не протекают медленные процессы – в них не накапливаются и не рассасываются неосновные носители в базе. Исходя из этого, диоды Шоттки имеют невысокую инерционность.

Важно! Варикапы Шоттки имеют низкое последовательное сопротивление, если сравнивать с выпрямительными приборами, так как их слой имеет малое сопротивление. Таким образом, при помощи диодов Шоттки выпрямляются значительные токи (более 10 А).

К сведению. Импульсные вторичные источники питания, выпрямляющие высокочастотные напряжения (несколько МГц), оборудуются такими диодами.

Конструкция силового диода

Кристалл с p-n-переходом вмонтирован в корпус, защищающий его от влияний извне и позволяющий обеспечить надежное отведение тепла. Маломощные приборы помещаются в пластиковые корпуса с гибкими внешними выводами. Варикапы средней мощности выполняются из металлостеклянного корпуса (жесткие выводы). Для изготовления приборов высокой мощности используется металлостеклянный или металлокерамический корпус.

Как выглядит

Кристалл p-n-перехода из кремния или германия припаивается к кристаллодержателю, выступающему в роли основания корпуса. К нему приваривают изделие с изолятором из стекла, через него выводится один из электродов.

Как было замечено выше, маломощные диоды имеют гибкие выводы, благодаря которым их монтируют в схемы. Такие изделия компактны и мало весят. А средне,- и высокомощные устройства оснащены более мощными выводами, так как токи, с которыми они работают, имеют значительную величину. Их нижняя часть содержит массивное основание, задача которого – отводить тепло. Наружная часть выполнена плоской, что требуется для надежного теплового контакта с наружным радиатором.

Технология производства может различаться, поэтому диоды бывают точечными и плоскостными. Для сборки первых применяется кремний или германий – это пластина n-типа, имеющая площадь от 0.5 до 1.5 квадратных миллиметра, а также стальная игла, необходимая для образования p-n-перехода в области контакта. Из-за малой мощности переход получается малоемкостным, поэтому используется в высокочастотных цепях. Ток через переход обычно небольшой – не больше 100 мА. Плоскостные варикапы предполагают две соединенные пластины, где у каждой своя электропроводность. Благодаря большой площади контакта получаются емкостный переход и сравнительно низкая рабочая частота. Показатель проходящего тока достигает 6000 А.

Где находят применение диоды

Такие приборы используются не только в качестве выпрямительных или детекторных устройств. Они применяются во многих других областях. Благодаря хорошим вольтамперным характеристикам, варикапы актуальны в тех областях, где нужно нелинейно обрабатывать аналоговые сигналы. Это различные преобразователи частоты, логарифмические усилители, детекторы и прочие устройства. Роль диода здесь – функционировать в качестве преобразователя или формировать характеристику прибора (их включают в цепь обратной связи).

Схема с приборами

Силовые диоды также есть в стабилизированных источниках питания, коммутирующих элементах и так далее.

Используя варикапы, с легкостью создается ограничитель сигнала: если два диода включить встречно-параллельно, то они отлично защищают вход усилителя, к примеру, микрофонного, чтобы тот не подавал сигнал высокого уровня. Нередко ими оборудуются коммутаторы сигналов и логические приборы.

Светодиоды – один из видов классических варикапов. Некоторое время назад такие приборы использовались в качестве индикатора. В наше же время светодиоды широко используются, начиная обычными фонариками и заканчивая телевизорами с LED-подсветкой.

Многие задаются вопросом что лучше: сборка или отдельные диоды. Однозначного ответа здесь нет, так как функциональность в обоих случаях одинакова. Преимущество сборки заключается в компактности, но, с другой стороны, если она выйдет из строя, ее можно только заменить на новую. Если использовать отдельные элементы, то если какой-то прибор вышел из строя, его заменяют новым выпрямительным диодом.

Отталкиваясь от справочника, силовой диод – это прибор, при помощи которого переменный ток преобразуется в постоянный. Некоторое время назад использовались электровакуумные варикапы и игнитроны, которые сейчас успешно заменены приборами из полупроводниковых материалов и диодными мостами (четыре диода, заключенные в один корпус). Такие элементы бывают разных видов, где каждый имеет свои технические характеристики, особенности и области применения.

Видео

Оцените статью:

elquanta.ru

1.2.4. Основные типы силовых диодов

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

Диоды общего назначения имеют допустимые значения обратного напря­жения до 10 кВ и прямого тока до 8 кА. Массивная структура диодов ухудшает их быстродействие. Поэтому время обратного восстановления диодов находится в диапазоне 25—100 мкс, что ограничивает их использование в цепях с частотой выше 1 кГц. Как правило, они применяются в промышленных сетях частотой 50 (60) Гц. Прямое падение напряжения на диодах этой группы достигает 2,5—3 В для приборов, рассчитанных на большие обратные напряжения. Диоды большой мощности выпускаются в различных корпусах. Наиболее рас­пространены штыревая и таблеточная конструкции.

Быстро восстанавливающиеся диоды. При производстве этой группы диодов используются различные технологические методы, уменьшающие время их обрат­ного восстановления. В частности, применяется легирование кремния методом диф­фузии золота или платины. Благодаря этому удается снизить время обратного вос­становления до 3—5 мкс, при этом снижаются допустимые значения прямого тока и обратного напряжения. Напряжение может быть повышено при сохранении быстродействия за счет использования структуры диода с промежуточ­ным слоем из кремния. Этот слой называется i-слоем, а структура диода с таким слоем обозначается р- i- п. Диоды с такой структурой имеют также меньшее паде­ние напряжения в проводящем состоянии по сравнению с диодами р-п.

Текущее состояние и возможности быстро восстанавливающихся диодов (БВД) определяют «канавочные» (траншейные — trench) структуры, ячеистые pin-диоды Шоттки, технологии облучения для умень­шения времени жизни и регулирова­ния эффективности эмиттера. Пре­дельное блокирующее напряжение для БВД составляет 6,5 кВ, в ближайшее время ожидается появление БВД на 8 кВ. Быстро восстанавливающиеся диоды, произведенные из других мате­риалов, существуют уже несколько лет. Диоды из арсенида галлия (GaAs) заня­ли свою специфическую нишу на рын­ке и будут оставаться там. В на­стоящее время на рынке есть SiC дио­ды (Шоттки) на напряжения до 1200 В и токи до 20 А. В ближайшее время ожидается промышленное производст­во SiC-БВД на 2500 В/100 А, а к концу десятилетия — 5 кВ/200 А [6]. К концу десятилетия возможно также появле­ние БВД на основе GaN и алмазных плёнок. Допустимые значения тока составляют 1 кА, обратного напряжения — до 3 кВ. Быстро восстанавливающиеся диоды напряжением до 1000 В и током 150 А имеют время обратного восстановления 0,1—0,5 мкс. Такие диоды используются в импульсных и высокочастотных цепях (свыше 10 кГц). Конструкции диодов этой группы подобны конструкциям диодов общего назначения. На токи до нескольких десятков ампер диоды выпускаются в корпусе для поверхностного монтажа (рис. 1.10, в).

Быстро восстанавливающиеся диоды эффективно используются в комплекте с транзисторами и запираемыми тиристорами в качестве встречновключенных, а также в ЦФТП этих приборов.

Диоды Шоттки. 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 накапливается отрица­тельный заряд, а со стороны полупроводника — положительный. Особенностью диодов Шоттки является то, что прямой ток обусловлен движением только основ­ных носителей заряда — электронов. Диоды Шоттки, таким образом, являются униполярными приборами с одним типом основных носителей заряда. Незначи­тельное число неосновных носителей заряда существенно уменьшает инерцион­ность диодов. Время восстановления составляет 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 n-p-переходом. Диапазон предельных обратных напряжений ограничивается напряжением 100 В. Диоды Шоттки используются в высокочастотных и импульсных цепях низкого напряжения. Диоды Шоттки выполняются в керамических или пластмассовых корпусах с металлическим теп-лоотводящим основанием.

Вопросы для самоконтроля

  1. За счет каких процессов образуется ОПЗ?

  2. Какие заряды являются основными в р - области?

  3. Чем отличается сопротивление диода постоянному току от динамического?

  4. Назовите преимущества и недостатки диодов Шоттки.

  5. В каких случаях следует использовать быстро восстанавливающиеся диоды?

studfiles.net

Силовой диод - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Силовой диод

Cтраница 1

Силовые диоды, схематически показанные на рис. 33, представляют собой кристаллик электронного германия, с одной стороны которого искусственно создается область дырочной проводимости. Выпрямление происходит в контакте п - и р-германия.  [1]

Силовые диоды ( вентили) применяются для выпрямления низкочастотных переменных токов. Они должны выдерживать большие обратные напряжения, иметь малые обратные токи и большие токи в пропускном направлении. Чтобы обеспечить малые обратные токи, р - я-переходы силовых вентилей изготовляют из материалов с большими Д § и тр. Для обеспечения высоких пробивных напряжений используют полупроводники с большими р, а большие токи в прямом направлении и малые падения напряжения обеспечиваются большой площадью р - n - перехода s и тонкой базой.  [2]

Силовые диоды обычно характеризуют набором статических и динамических параметров.  [3]

Силовые диоды характеризуются рядом параметров. В настоящее время преимущественно используется система так называемых предельных параметров, характеризующих предельные возможности прибора.  [5]

Силовые диоды, предназначенные для преобразования переменного напряжения низкой частоты в постоянное.  [6]

Силовые диоды находятся в одном, чаще всего легко доступном месте. В телевизорах Знамя-58, Знамя - 58М, Беларусь-5, Темп-3, Старт-1, Старт-2, Старт-3, Рубин-102, Волхов, Енисей, Неман и в других телевизорах для доступа к диодам достаточно снять дно футляра. В Заре-1, Заре-2 и Волне снимается задняя стенка. В Темпе-6 диоды смонтированы на стойке, размещенной параллельно конусу кинескопа. Только в Рекорде и Неве для доступа к диодам приходится снимать футляр.  [7]

Силовые диоды обеспечивают питание якоря приводного электродвигателя, а остальные - питание цепей возбуждения электрических машин и управляющих обмоток магнитных пускателей.  [8]

Силовые диоды - приборы, предназначенные для преобразования переменного электрического напряжения в постоянное.  [9]

Силовой диод Д214 и его конструкция показана на рис. 44, бив. Болт / служит для прочного крепления диода к металлической пластине, отводящей от диода тепло. На рис. 45 для сравнения показаны вольтамперные характеристики германиевого, кремниевого н электровакуумного диодов, имеющих приблизительно одинаковый рабочий ток.  [11]

Силовые диоды, как правило, имеют очень ограниченный частотный диапазон работы. Так, например, при преобразовании промышленного переменного тока в постоянный рабочая частота составляет всего 50 гц.  [12]

Силовые диоды являются, как правило, высоковольтными приборами. Они выдерживают в обратном направлении сотни и тысячи вольт. Поэтому источники, которые подключаются к силовым диодам, также являются высоковольтными. В то же время прямые падения напряжения на силовых диодах не превышают единиц вольт.  [13]

Конструктивно силовые диоды оформляются в металлостеклянном или металлокерамическом корпусе штыревого или таблеточного исполнения. Чтобы повысить рассеиваемую мощность и рабочий ток, принимаются различные меры для снижения температуры перехода. Штыревые корпуса силовых диодов ( рис. 2.2) имеют массивное медное основание 7 и шпильку с резьбой для установки на радиаторы или на токоведущие шины. Вентильный элемент J с мягким свинцовым термокомпенсатором припаивается к основанию, которое обычно выполняет функции катода.  [14]

Поэтому силовые диоды практически всегда работают при высоких уровнях инжекции в л-базе. Распределение дырок в л-базе диода для этого случая представлено на рис. 1.19 пунктирной кривой.  [15]

Страницы:      1    2    3    4    5

www.ngpedia.ru

Силовые диоды / Публикации / Energoboard.ru

Разместить публикацию Мои публикации Написать
17 июля 2012 в 10:00

Электронно-дырочный переход

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.

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).

Быстровосстанавливающиеся диоды. При производстве этой группы диодов используются различные технологические методы, уменьшающие время обратного восстановления. В частности, применяется легирование кремния методом диффузии золота или платины. Благодаря этому удается уменьшить время обратного восстановления до 3-5 мкс. Однако при этом снижаются допустимые значения прямого тока и обратного напряжения. Допустимые значения тока составляют от 10 А до 1 кА, обратного напряжения - от 50 В до 3 кВ. У наиболее быстродействующих диодов время обратного восстановления составляет 0,1-0,5 мкс. Такие диоды используются в импульсных и высокочастотных цепях с частотами 10 кГц и выше. Конструкции диодов этой группы подобны конструкциям диодов общего назначения.

Диоды Шоттки

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.

4 июня 2012 в 11:00 37214

12 июля 2011 в 08:56 14109

14 ноября 2012 в 10:00 8798

21 июля 2011 в 10:00 6903

28 ноября 2011 в 10:00 6362

29 февраля 2012 в 10:00 6360

24 мая 2017 в 10:00 5679

27 февраля 2013 в 10:00 5547

16 августа 2012 в 16:00 5204

25 декабря 2012 в 10:00 4350

energoboard.ru

Применение силовых диодов

Современная промышленность и энергетика просто немыслима без так называемых силовых полупроводников. Среди них особой популярностью и востребованностью на производстве обладают диоды и тиристоры. Ведь именно без этих надежных приборов, качество которых проверено временем, не обходится на сегодняшний день практически ни одно устройство. Чаще всего, конечно же, их используют в радиоэлектронной аппаратуре. Однако стоит заметить, что сфера их применения неуклонно расширяется изо дня в день, поэтому их продажа является очень востребованной на рынке товаров услугой.

Необходимо отметить, что http://www.radioelementy.ru/prod-serv/2/ полупроводниковые предназначены, прежде всего, для использования и применения в преобразователях электроэнергии. Помимо этого, они бывают просто незаменимы в цепях постоянного и переменного тока самых разнообразных силовых установок. Но и это еще не все. Они могут использоваться также для защиты от коммутационных перенапряжений и в системах возбуждения турбогенераторов, обладающих большой мощностью. Незаменимы они и в синхронных компенсаторах, в автомобильных электрогенераторах и, наконец, в низковольтных выпрямителях сварки.

Используемые буквально везде, эти элементы представляют из себя двухэлектродное устройство, имеющее одностороннюю проводимость. Тиристоры же, или управляемые диоды, обладают отменными техническими свойствами и характеристиками: совершенно небольшими габаритами и массой, высокими показателями КПД и, что немаловажно, быстродействием, долговечностью, довольно-таки широким диапазоном допустимых напряжений и токов и прочее. Не стоит забывать, что именно на их основе разработаны экономичные, долговечные и очень надежные малогабаритные управляемые вторичные источники электропитания. Их оценили по достоинству, и им нашлось широкое применение в электроприводах, автоматике, а также в таких прогрессивных и многообещающих сферах, как робототехника и системы. Также они незаменимы в тех случаях, когда просто необходимо поддерживать регулируемое постоянное или переменное напряжение определенной и неизменной частоты.

Также популярен и востребован на сегодняшний день диод Шоттки, названный в честь немецкого ученого. Они отличаются крайне высоким быстродействием, а также характеризуются весьма малым прямым падением напряжения, что, несомненно, и делает их столь популярными. Однако они имеют и свои ощутимые недостатки. Так, они легко выходят из строя даже в том в случае, если было замечено хотя бы совершенно небольшое по времени превышение обратного напряжения. В отличие от прочих элементов, они не имеют способности к самовосстановлению и продолжению работы.

Текст подготовлен на основе материала сайта http://www.radioelementy.ru/.

domikday.ru

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *