Diodos de potencia

Diodos son los más simples semiconductor dispositivo que tiene sólo dos capas, dos terminales y una unión. Los diodos de señal ordinarios tienen una unión formada por semiconductor tipo p y semiconductor tipo nEl plomo que se une al tipo p se llama ánodo y el que se une al tipo n se llama cátodo. La siguiente figura muestra la estructura de un diodo y su símbolo.

Diodos de potencia también son similares a los diodos de señal pero tienen una pequeña diferencia en su construcción.

En los diodos de señal el nivel de dopaje de ambos lados P y N es el mismo y por lo tanto obtenemos un La unión PNpero en los diodos de potencia tenemos una unión formada entre un P+ y un N ligeramente dopado– que crece epitaxialmente en una capa de N fuertemente dopada+ capa. Por lo tanto, la estructura se ve como se muestra en la siguiente figura.

La N– es la característica clave de la capa diodo de potencia lo que lo hace adecuado para aplicaciones de alta potencia. Esta capa está muy ligeramente dopada, casi intrínseca y por lo tanto el dispositivo es también conocido como Diodo PIN…donde yo represento lo intrínseco. Como podemos ver en la figura de arriba, la neutralidad de la carga neta de la carga espacial se mantiene como en el caso del diodo de señal, pero el grosor de la región de carga espacial es bastante alto y está profundamente penetrado en el N– región.

Esto se debe a su concentración de dopaje de luz, ya que sabemos que el grosor de la región de carga espacial aumenta con la disminución de la concentración de dopaje. Este aumento del grosor de la región de agotamiento o de la región de carga espacial ayuda a la diodo para bloquear un mayor voltaje de polarización inversa y por lo tanto tener un mayor voltaje de ruptura. Sin embargo, al añadir este N– aumenta significativamente la resistencia óhmica del diodo, lo que conlleva una mayor generación de calor durante el estado de conducción hacia adelante. Por lo tanto, los diodos de potencia vienen con varios montajes para una adecuada disipación de calor.

Características V-I de los diodos de potencia

La siguiente figura muestra el características v-i de un diodo de potencia que es casi similar al de un diodo de señal.

En los diodos de señal para la región de sesgo hacia adelante, el actual aumenta exponencialmente sin embargo en diodos de potencia La alta corriente de avance lleva a una alta caída óhmica que domina el crecimiento exponencial y la curva aumenta casi linealmente. El máximo voltaje inverso que el diodo puede soportar está representado por VRRMes decir, el pico de voltaje repetitivo inverso. Por encima de esto voltaje la corriente inversa se vuelve muy alta de forma abrupta y como la diodo no está diseñado para disipar una cantidad tan alta de calor, puede ser destruido. Este voltaje también puede ser llamado como pico de voltaje inverso (PIV).

Características de la recuperación inversa del diodo de potencia

La figura representa el la recuperación inversa característica de un diodo de potencia. Cada vez que el diodo se apaga, la corriente decae de IF a cero y continúa en dirección inversa debido a los cargos almacenados en la carga espacial y la región de los semiconductores. Esta corriente inversa alcanza un pico IRR y otra vez empiezan a acercarse al valor cero y finalmente el diodo se apaga después del tiempo trr. Este tiempo se define como tiempo de recuperación inversa y se define como el tiempo entre el instante en que la corriente de avance llega a cero y el instante en que la corriente inversa desciende al 25% de IRR. Después de este tiempo se dice que el diodo alcanza su capacidad de bloqueo inverso.
De la figura vemos que

ta momento en que se elimina la carga de la región de agotamiento
tb momento en que se retira la carga de la región de los semiconductores
También de la figura podemos decir que

Dónde, es la tasa de cambio de la corriente inversa.
El área delimitada por la región triangular en la figura anterior representa la carga total almacenada o la carga de recuperación inversa, QR. Por lo tanto, podemos escribir

Ahora, para poniendo en la ecuación 1 y combinando con la ecuación 2, obtenemos

Poniendo eq.3 en eq.1 para …tenemos…

En la ecuación 3 y 4 podemos ver que trr y yoRR depende de QR que a su vez depende de la corriente inicial del diodo delantero IF.
Otro parámetro de intersección se define para los diodos de potencia a partir de sus características de apagado conocidas como Factor de Suavidad (Factor-S) definido como la relación de veces tb y ta.
Por lo tanto,

Si un diodo tiene un factor S igual a la unidad se conoce como diodo de recuperación suave y para el factor S menos esa unidad se conoce como diodos de recuperación rápida o snappy. El factor S indica indirectamente el voltaje transitorio que se produce al apagar el diodo. Un bajo factor S implica un alto transitorio de voltaje mientras que un alto factor S implica un bajo voltaje inverso oscilatorio.
La pérdida total de energía durante el apagado es el producto de la corriente y el voltaje de los diodos durante trr. La mayor parte de la pérdida de potencia se produce durante tb.
En una hoja de datos típica de diodos de potencia los parámetros más importantes que se dan son IF avg, IF RMS, VRRM, I2t clasificación, temperatura de unión TJ, trrFactor S, IRR. Aparte de estos muchos otros parámetros y gráficos también se proporcionan.
El diodos de potencia pueden clasificarse en las siguientes categorías, resumidas en el cuadro que figura a continuación, según sus propiedades: