مقاله بررسی دیودهای قدرت (الکترونیک)در 18 صفحه ورد قابل ویرایش

انواع دیودهای قدرت

 

در حالت ایده آل دیود نباید هیچ زمانی بازیابی معکوسی داشته باشد که هزینه ساخت دیود را افزایش می دهد . در بسیاری از کاربردهای اثرات زمان بازیابی معکوس چندان اهمیت ندارند و می توان از دیود از دیودهای ارزان استفاده کرد . بسته به مشخصه های بازیابی و روشهای ساخت ، دیودهای قدرت را به سه گروه می توان تقسیم کرد . مشخصه ها و محدودیت های عملی هر گروه کاربردشان را مشخص می کند .

 

1-  دیودهای استاندارد یا همه منظوره

 

2-   دیودهای بازیابی سریع

 

3-   دیودهای شاتکی

 

 

دیودهای همه منظوره

 

دیودهای یکسو کننده همه منظوره زمان بازیابی معکوس نسبتاً زیادی دارند که در حدودs μ 25 است و در کاربردهای سرعت پایین بکار می روند که زمان بازیابی چندان اهمیتی ندارد (برای مثال در یکسو کننده ها و مبدلهای دیودی در کاربردهای فرکانس رودی کم تا 1KHz ومبدلهای کموتاسیون خط )  .محدوده جریان این دیودها از کمتر از یک آمپر تا چند هزار آمپر و محدوده ولتاژ 50v تا حدود 5kv می باشد . این دیودها معمولاً به روش دیفیوژن ساخته می شوند . با این وجود یکسو کننده های آلیاژی که در منابع تغذیه دستگاههای جوشکاری بکار می روند از لحاظ هزینه به صرفه تر هستند و محدوده کاری آنها تا 300A و 1000V می رسد .

 

دیودهای بازیابی سریع

 

دیودهای بازیابی سریع زمان بازیابی کوچکی (به طور معمول کمتر از s μ ) دارند . این دیودها در مدارهای مبدل dc به dc,dc,dc به ac که سرعت بازیابی اغلب اهمیت بحرانی ای دارد بکار می روند . محدوده جریانی کارکرد این دیودها از کمتر از یک آمپر تا چند صد آمپر و محدوده ولتاژشان از 50 v تا حدود 3kv است .

 

برای محدوده ولتاژ بالای 400v ،‌دیودهای بازیابی سریع عموماً به روش دیفیوژن ساخته می شوند و زمان بازیابی بوسیله دیفیوژن طلا یا پلاتین کنترل می شود . برای محدوده ولتاژ کمتر از 400 v دیودهای اپی تکسال سرعت کلید زنی بیشتری نسبت به دیودهای دیفیوژنی دارند . دیودهای اپی تکسال پهنای بیس کمی دارند که باعث      می شود زمان بازیابی کوچکی در حدود 50ns داشته باشند .

 

 

دیودهای شاتکی

 

مشکل ذخیره بار در پیوند p-n در دیودهای شاتکی حذف (یا حداقل ) شده است . این کار از طریق ایجاد یک سد پتانسیل که میان یک فلز و یک نیمه هادی متصل       می شود ، انجام می پذیرد . یک لایه فلزی روی یک لایه اپی تکسیال باریک از سیلیکون نوع n قرار داده می شوند . سد پتانسیل رفتار یک پیوند p-n را شبیه سازی می کند . عمل یکسو کنندگی فقط به حاملهای اکثریت بستگی دارد و در نتیجه حاملهای اقلیت اضافی ای برای ترکیب شدن وجود ندارند . اثر بازریابی منحصراً به خاطر ظرفیت خازنی خودپیوند نیمه هادی است .

 

بار الکتریکی بازیابی یافته در یک شاتکی خیلی کمتر از یک دیود پیوند p-n معادل است . از انجایی که این بار ناشی از ظرفیت خازنی پیوند است تا حد زیادی مستقل از di/dt معکوس می باشد . دیودهای شاتکی افت ولتاژ مستقیم نسبتاً کوچکی دارند .

 

جریان نشتی دیودهای شاتکی بیشتر از دیودهای پیوند p-n است . یک دیود شاتکی با ولتاژ هدایت نسبتاً کم ، جریان نشتی نسبتاً زیادی دارد و برعکس . در نتیجه حداکثر ولتاژ مجاز آن معمولاً به 100v محدود می شود . محدوده جریان کاری دیودهای شاتکی از 1 تا 300A می باشد . دیودهای شاتکی برای بکار گیری در منابع تغذیه dc با ولتاژ کم و جریان بالا ایده آل هستند . اگر چه به منظور بالا بردن بازده ، این دیودها در منابع تغذیه با جریان کم نیز استفاده می شوند .

 

 

اثرات زمان بازیابی معکوس و مستقیم

 

اهمیت این پارامترها را می توان از روی شکل توضیح داد . اگر کلید sw در لحظه  t=o بسته شود و به حد کافی بسته باقی بماند ، یک جریان حالت پایدار                از بار خواهد گذشت و دیود هرز گرد Dm جریان خواهد یافت . حالا اگر کلید دوباره در t= t1 بسته شود دیود Dm مثل یک اتصال کوتا ه عمل می کند . سرعت افزایش جریان مستقیم کلید (و دیود  D1) و سرعت کاهش جریان مستقیم دیود Dm  خیلی زیاد خواهد بود و به بی نهایت میل می کند . پیک جریان معکوس دیود  Dm         می تواند خیلی زیاد باشد و دیود های D1 و Dm ممکن است آسیب ببیند .

 

این مشکل را اغلب می توان با اتصال یک سلف Ls محدود کننده   di /dt حل کرد .

 

دیودهای واقعی به زمان معینی برای روشن شدن نیاز دارند تا اینکه تمامی سطح پیوند رسانا شود و di/dt باید کم نگه داشته شود تا محدودیت زمان روشن شدن رعایت شود . این زمان گاهی اوقات با نام زمان باز یابی مستقیم tf   نیز ذکر می شود . 

 

 

 انواع تریستورها

 

تریستورها تقریبا تنها به روش تزریق ساخته می شوند . جریان آند برای انتشار از نزدیکی گیت به تمام سطح پیوند ( هنگامی که سیگنال جهت روشن کردن تریستور اعمال می شود ) به زمان معینی نیاز دارد .

 

سازندگان برای کنترل di/ dt ، زمان روشن شدن و زمان خاموش شدن ، از ساختارهای متفاوتی برای گیت استفاده می کنند . تریستورها بسته به ساختار فیزیکی و محوه روشن و خاموش شدن ، به 9 دسته زیر تقسیم می شوند :

 

1-  تریستورهای کنترل فاز ( SCR )

 

2-   تریستورهای کلید زنی سریع ( SCR )

 

3-  تریستورهای خاموش شونده با گیت (  GTO)

 

4-  تریستورهای سه  قطبیدو جهته ( TRIAC )

 

5-  تریستورهای هدایت معکوس ( RCT )

 

 

 تریستورهای کنترل فاز

 

این نوع تریستورها عموما در فرکانس خط کار می کنند و بوسیله کموتاسیون طبیعی خاموش می شوند . زمان خاموش شدن tq  ، در محدوده 50  تا 100 u s می باشد . این تریستور بیشتر برای کلید زنی در سرعتهای کم مناسب است . نام دیگر این تریستورها تریستور مبدا می باشد . از آنجا که اصولا تریستوریک وسیله کنترل شده از جنس سیلیکون است ، این دسته از تریستورها با نام یکسو کننده های کنترل شده سیلیکونی نیز شناخته می شوند .

 

ولتاژ حالت روشن  VT غالباً بین 1.15V (برای ترانسفورماتورهای 600V) تا 1.25V (برای ترانسفورماتورهای 4000V) تغییر می کند و برای یک تریستور 5500A و 1200V ، معمولاً در حدود 125V است .تریستورهای جدید از یک تقویت کننده گیت استفاده می کنند . به گجونهای که سیگنال ابتدا به گیت یک تریستور کمکی TA اعمال می شود و خروجی تقویت شده TA به گیت تریستور اصلی TM اعمال می گردد. استفاده از تقویت کننده گیت مشخصه های دینامیکی خوبی را به ما می دهد ، تنها مشخصات دینامیکی تریستور را تا حدودی بهبود بخشیده و با کم کردن یا به حداقل رساندن اندازه سلفه محدود کننده di/dt و مدارهای حفاظتی dv/dt باعث ساده شدن طراحی می شود .