Основные типы силовых диодов

Защита силовых диодов

Наиболее характерными причинами электрического повреждения диода явля­ются высокая скорость нарастания прямого тока di_F/dt при его включении, перенапряжения при выключении, превышение максимального значения прямого тока и пробой структуры недопустимо большим обратным напряжением.

При высоких значениях di_F/dt возникает неравномерная концентрация носителей заряда в структуре диода и, как следствие этого, локальные перегревы с последующим повреждением структу­ры. Основной причиной высоких значений di_F/dt является малая индуктивность в контуре, содержащем источник прямого напряжения и включенный диод. Для снижения значений di_F/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.

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. 6.5 а, б).

 

Рис. 6.5. Конструкция корпусов диодов:

а – штыревая; б – таблеточная

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 являтся 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.