انواع ديودهاي قدرت

در حالت ايده آل ديود نبايد هيچ زماني بازيابي معكوسي داشته باشد كه هزينه ساخت ديود را افزايش مي دهد . در بسياري از كاربردهاي اثرات زمان بازيابي معكوس چندان اهميت ندارند و مي توان از ديود از ديودهاي ارزان استفاده كرد . بسته به مشخصه هاي بازيابي و روشهاي ساخت ، ديودهاي قدرت را به سه گروه مي توان تقسيم كرد . مشخصه ها و محدوديت هاي عملي هر گروه كاربردشان را مشخص مي كند .

1-           ديودهاي استاندارد يا همه منظوره

2-            ديودهاي بازيابي سريع

3-            ديودهاي شاتكي

ديودهاي همه منظوره

ديودهاي يكسو كننده همه منظوره زمان بازيابي معكوس نسبتاً زيادي دارند كه در حدودs μ 25 است و در كاربردهاي سرعت پايين بكار مي روند كه زمان بازيابي چندان اهميتي ندارد (براي مثال در يكسو كننده ها و مبدلهاي ديودي در كاربردهاي فركانس رودي كم تا 1KHz ومبدلهاي كموتاسيون خط )  .محدوده جريان اين ديودها از كمتر از يك آمپر تا چند هزار آمپر و محدوده ولتاژ 50v تا حدود 5kv مي باشد . اين ديودها معمولاً به روش ديفيوژن ساخته مي شوند . با اين وجود يكسو كننده هاي آلياژي كه در منابع تغذيه دستگاههاي جوشكاري بكار مي روند از لحاظ هزينه به صرفه تر هستند و محدوده كاري آنها تا 300A و 1000V مي رسد .

ديودهاي بازيابي سريع

ديودهاي بازيابي سريع زمان بازيابي كوچكي (به طور معمول كمتر از s μ ) دارند . اين ديودها در مدارهاي مبدل dc به dc,dc,dc به ac كه سرعت بازيابي اغلب اهميت بحراني اي دارد بكار مي روند . محدوده جرياني كاركرد اين ديودها از كمتر از يك آمپر تا چند صد آمپر و محدوده ولتاژشان از 50 v تا حدود 3kv است .

براي محدوده ولتاژ بالاي 400v ،‌ديودهاي بازيابي سريع عموماً به روش ديفيوژن ساخته مي شوند و زمان بازيابي بوسيله ديفيوژن طلا يا پلاتين كنترل مي شود . براي محدوده ولتاژ كمتر از 400 v ديودهاي اپي تكسال سرعت كليد زني بيشتري نسبت به ديودهاي ديفيوژني دارند . ديودهاي اپي تكسال پهناي بيس كمي دارند كه باعث      مي شود زمان بازيابي كوچكي در حدود 50ns داشته باشند .

ديودهاي شاتكي

مشكل ذخيره بار در پيوند p-n در ديودهاي شاتكي حذف (يا حداقل ) شده است . اين كار از طريق ايجاد يك سد پتانسيل كه ميان يك فلز و يك نيمه هادي متصل       مي شود ، انجام مي پذيرد . يك لايه فلزي روي يك لايه اپي تكسيال باريك از سيليكون نوع n قرار داده مي شوند . سد پتانسيل رفتار يك پيوند p-n را شبيه سازي مي كند . عمل يكسو كنندگي فقط به حاملهاي اكثريت بستگي دارد و در نتيجه حاملهاي اقليت اضافي اي براي تركيب شدن وجود ندارند . اثر بازريابي منحصراً به خاطر ظرفيت خازني خودپيوند نيمه هادي است .

بار الكتريكي بازيابي يافته در يك شاتكي خيلي كمتر از يك ديود پيوند p-n معادل است . از انجايي كه اين بار ناشي از ظرفيت خازني پيوند است تا حد زيادي مستقل از di/dt معكوس مي باشد . ديودهاي شاتكي افت ولتاژ مستقيم نسبتاً كوچكي دارند .

جريان نشتي ديودهاي شاتكي بيشتر از ديودهاي پيوند p-n است . يك ديود شاتكي با ولتاژ هدايت نسبتاً كم ، جريان نشتي نسبتاً زيادي دارد و برعكس . در نتيجه حداكثر ولتاژ مجاز آن معمولاً به 100v محدود مي شود . محدوده جريان كاري ديودهاي شاتكي از 1 تا 300A مي باشد . ديودهاي شاتكي براي بكار گيري در منابع تغذيه dc با ولتاژ كم و جريان بالا ايده آل هستند . اگر چه به منظور بالا بردن بازده ، اين ديودها در منابع تغذيه با جريان كم نيز استفاده مي شوند .

اثرات زمان بازيابي معكوس و مستقيم

اهميت اين پارامترها را مي توان از روي شكل توضيح داد . اگر كليد sw در لحظه  t=o بسته شود و به حد كافي بسته باقي بماند ، يك جريان حالت پايدار                از بار خواهد گذشت و ديود هرز گرد Dm جريان خواهد يافت . حالا اگر كليد دوباره در t= t1 بسته شود ديود Dm مثل يك اتصال كوتا ه عمل مي كند . سرعت افزايش جريان مستقيم كليد (و ديود  D1) و سرعت كاهش جريان مستقيم ديود Dm  خيلي زياد خواهد بود و به بي نهايت ميل مي كند . پيك جريان معكوس ديود  Dm         مي تواند خيلي زياد باشد و ديود هاي D1 و Dm ممكن است آسيب ببيند .

اين مشكل را اغلب مي توان با اتصال يك سلف Ls محدود كننده   di /dt حل كرد .

ديودهاي واقعي به زمان معيني براي روشن شدن نياز دارند تا اينكه تمامي سطح پيوند رسانا شود و di/dt بايد كم نگه داشته شود تا محدوديت زمان روشن شدن رعايت شود . اين زمان گاهي اوقات با نام زمان باز يابي مستقيم tf   نيز ذكر مي شود . 

 انواع تريستورها

تريستورها تقريبا تنها به روش تزريق ساخته مي شوند . جريان آند براي انتشار از نزديكي گيت به تمام سطح پيوند ( هنگامي كه سيگنال جهت روشن كردن تريستور اعمال مي شود ) به زمان معيني نياز دارد .

سازندگان براي كنترل di/ dt ، زمان روشن شدن و زمان خاموش شدن ، از ساختارهاي متفاوتي براي گيت استفاده مي كنند . تريستورها بسته به ساختار فيزيكي و محوه روشن و خاموش شدن ، به 9 دسته زير تقسيم مي شوند :

1-           تريستورهاي كنترل فاز ( SCR )

2-            تريستورهاي كليد زني سريع ( SCR )

3-           تريستورهاي خاموش شونده با گيت (  GTO)

4-           تريستورهاي سه  قطبيدو جهته ( TRIAC )

5-           تريستورهاي هدايت معكوس ( RCT )