Diodes de puissance

Composé de trou d'électron

Le principe de fonctionnement de la plupart des dispositifs à semi-conducteurs est basé sur des phénomènes et des processus qui se produisent à la frontière entre deux régions d'un semi-conducteur avec différents types de conductivité électrique - électron (type n) et trou (type p). Dans la région de type n, les électrons prédominent, qui sont les principaux porteurs de charges électriques, dans la région p, ce sont des charges positives (trous). La frontière entre deux régions de types de conductivité différents est appelée jonction pn.

Fonctionnellement, la diode (Fig. 1) peut être considérée comme un interrupteur électronique non contrôlé à conduction unilatérale. Une diode est à l'état conducteur (interrupteur fermé) si une tension directe lui est appliquée.

Riz. 1. Désignation graphique conventionnelle de la diode

Le courant à travers la diode iF est déterminé par les paramètres du circuit externe et la chute de tension dans la structure semi-conductrice est de peu d'importance. Si une tension inverse est appliquée à la diode, elle est dans un état non conducteur (interrupteur ouvert) et un petit courant la traverse. La chute de tension aux bornes de la diode dans ce cas est déterminée par les paramètres du circuit externe.

Protection des diodes

Les causes les plus typiques des pannes électriques d'une diode sont un taux élevé de montée du courant direct diF / dt lorsqu'il est allumé, une surtension lorsqu'il est éteint, dépassant la valeur maximale du courant direct et brisant la structure avec une tension inverse trop élevée.

À des valeurs élevées de diF / dt, une concentration inégale de porteurs de charge apparaît dans la structure de la diode et, par conséquent, une surchauffe locale avec des dommages ultérieurs à la structure. La principale raison des valeurs élevées de diF / dt est la petite inductance dans un circuit contenant une source de tension directe et une diode passante. Pour réduire les valeurs de diF/dt, une inductance est connectée en série avec la diode, ce qui limite la vitesse de montée du courant.

Pour réduire les valeurs des amplitudes des tensions appliquées à la diode lorsque le circuit est éteint, une résistance R connectée en série est utilisée et condensateur C est le soi-disant circuit RC connecté en parallèle avec la diode.

Pour protéger les diodes des surcharges de courant en mode d'urgence, des fusibles électriques à grande vitesse sont utilisés.

Les principaux types de diodes de puissance

Selon les principaux paramètres et l'objectif, les diodes sont généralement divisées en trois groupes : les diodes à usage général, les diodes à récupération rapide et les diodes Schottky.

Diodes à usage général

Ce groupe de diodes se distingue par des valeurs élevées de tension inverse (de 50 V à 5 kV) et de courant direct (de 10 A à 5 kA). La structure semi-conductrice massive des diodes dégrade leurs performances. Par conséquent, le temps de récupération inverse des diodes est généralement compris entre 25 et 100 μs, ce qui limite leur utilisation dans les circuits avec des fréquences supérieures à 1 kHz.En règle générale, ils fonctionnent dans des réseaux industriels avec une fréquence de 50 (60) Hz. La chute de tension continue aux bornes des diodes de ce groupe est de 2,5 à 3 V.

Les diodes de puissance sont livrées dans différents emballages. Les plus répandus sont deux types d'exécution: une épingle et une tablette (Fig. 2 a, b).

Riz. 2. Construction des corps de diodes : a — broche ; b — tablette

Diodes à récupération rapide. Dans la production de ce groupe de diodes, diverses méthodes technologiques sont utilisées pour réduire le temps de récupération inverse. En particulier, le dopage au silicium par la méthode de diffusion de l'or ou du platine est utilisé, ce qui permet de réduire le temps de récupération à 3-5 μs. Cependant, cela réduit les valeurs admissibles de courant direct et de tension inverse. Les valeurs de courant admissibles vont de 10 A à 1 kA, tension inverse — de 50 V à 3 kV. Les diodes les plus rapides ont un temps de récupération inverse de 0,1 à 0,5 μs. Ces diodes sont utilisées dans les circuits à impulsions et haute fréquence avec des fréquences de 10 kHz et plus. La conception des diodes de ce groupe est similaire à celle des diodes à usage général.

Diode Schottky

Le principe de fonctionnement des diodes Schottky est basé sur les propriétés de la région de transition entre le métal et le matériau semi-conducteur. Pour les diodes de puissance, une couche de silicium appauvri de type n est utilisée comme semi-conducteur. Dans ce cas, il y a une charge négative dans la région de transition du côté métal et une charge positive du côté semi-conducteur.

Une particularité des diodes Schottky est que le courant direct est dû au mouvement des seuls porteurs principaux - les électrons. L'absence d'accumulation de porteurs minoritaires réduit considérablement l'inertie des diodes Schottky.Le temps de récupération ne dépasse généralement pas 0,3 μs, la chute de tension directe est d'environ 0,3 V. Les valeurs de courant inverse dans ces diodes sont supérieures de 2 à 3 ordres de grandeur à celles des diodes à jonction p-n. La tension inverse limite n'est généralement pas supérieure à 100 V. Ils sont utilisés dans les circuits d'impulsions haute fréquence et basse tension.