promel (Электроника учебник), страница 10

1.14, а. На 1 14, б приведена вольт-амперная характеристика диода Д205 ')нощные !силовые) диоды. К данному типу относятся диоды на токи от т !0 й и выше. ОтечественнаЯ пРомышленность выпУскает силовые ,(оды на токи 10, 16, 25, 40 и т, д. до 1000 А и обратные напряжения ул з( 4 Х б 7 7(7 а) йу Рнс. 1.14.

Конструкция кремнненых выпрямнтельнЪ|х диодов сред- ней мощности Д202 — Д205 (а): ! — нпошннй вывод (анод)( у — трубка (штепсель); 3 — стеклянный изолятор; у — корпус; Х вЂ” внутренннй вывод авода; а — алуомнннй; 7 — крясталл кремння; Н вЂ” тсплоотводящее основанне; 9 — крнсталлодерыатель; )Π— внешннй вывод (катодп вольт-вмперная характеристика диода Л205 (о) Ло 3500 В. Силовые диоды имеют градацию по частоте и охватывают частотный диапазон применения до десятков килогерц.

Мощныс диоды изготовляют преимущественно из кремния. Кремниевая пластина с )у-и-переходом, создаваемым диффузионным метоЛом, для таких диодов представляет собой диск диаметрол( 10 — 100 мм и толщиной 0,3 — 0,6 мм, Пример возможвой конструкции мощного диода показан на рис. 1.15. рассмотрим некоторые специфические особенности мощных диодов.

~абота цри больших токах и высоких обратных напряжениях связана с вьщеленнем значительной мо)цности в р-п-переходе. В связи с этим здесь должны предусматриваться эффективные методы отвода тепл еплоты. В установках с мощными диодами применяют воздуш- е " жидкостное охлаждение, При в о з д у ш н о м о х л а ж л е увод теплоты производится с помощью радиатора и проу вдоль йоль его теплоотволящих ребер потока воздуха. При э Л )Ше может быть естественным, если отвод теплоты в Ленце среду определяется естественной конвекцией возня анталы)ым, если используется принудительный об ра и его радиатора с помощью вентилятора.

При жидкостном охлажде) У4Ъ спе "ециальным каналам пропускается тепле. 2' "уо пример, вода, антифриз, трансформаторное масло, синтетические диэлектрические жидкости. В последние годы широкое применение получило испарительное охлаждение, основанное на отводе теплоты за счет образования пузырей пара у теплоотводящей поверхности охладителя.

Образовавшийся пар поступает в теплообменник, связанный с внешней средой. Система испарительного охлаждения основана на принципе непрерывного замкнутого цикла: испарение жидкости в корпусе диода в результате его нагрева в процессе работы— конденсация паров в тенлообменнике вследствие охлаждения — поступление охлажденной жидкости вновь к нагретой поверхности. В качестве жидкости при испарительном охлаждении применяют воду, этиловый спирт, фреон. Другая особенность мощных диодов — необходимость их защиты от кратко- в р е м е н н ы х и е р е н а и р я ж е н и й, возникающих при резких сбросах нагрузки, 1 коммутационных и аварийных режимах, а так же атмосферных воздействиях.

При этом Х диоду прикладывается в обратном паправлени помимо напряжения, обусловленного схемо Х (на которое производится выбор диодов), до полнительный импульс напряжения. При от св сутствии защитных мер диод может выйти и. строя.

Выход диода из строя связан вначале д электрическим пробоем р-п-перехода, которы затем переходит в тепловой про'ой, проис ходящий часто не внутри р-п-перехода, а г яс 1 гб Д иструк месте выхоДа его на повеРхность кРисталла ция мощного крем- Причина заключается в том, что в реально ииевого диода диоде в месте выхода р-и-перехода на поверх ность имеются участки, в которых существенн сужена область объемного заряда.

Это об — словливается рядом факторов (нарушени С вЂ” ввутреяний гибкий вывод анода; я — коряус; структуры кристалла, различные загрязнени б„,„",в;"кр', „,рг„,",",", ПОВЕрХНОСтИ И т. д.). ЕетеетВЕННО, ЧтО каир я — рис . дер атель женность поля в этих участках выше, а напр (катоди я — шпилька для крепления к радиа- жение электрического пробоя ни>хе, чем вну тору ри р-и-перехода. Поэтому при перенапряж ниях возникает электрический пробой р-и-пер хода в этих участках и весь обратный ток проходит через ни Плотность тока достигает достаточно больших значений даже пр сравнительно небольших обратных токах.

Температура в участ пробоя резко повышается, что в конечном счете приводит к тепл вому пробою и расплавлению кремния вблизи участка пробоя. Таким образом, защита силового диода от перенапряжений з ключается в переводе возможного электрического пробоя ромпер а с поверхностных участков в объемные. Поверхностный пробой хода устра зияют за счет создания косого среза (фаски) по поверхности плас- тинЫ ' , монокристалла и применения так называемого метода защитного коль ,ца (рис. 1.16, а). Метод основан на внесении меньшей концентра- и акцепторной примеси в периферийную кольцевую часть моноцяи крис „сталла по сравнению с внутренней. В связи с этим концентрация осио „овных носителей заряда в периферийной части Р-области будет „вшей, а толщина слоя объемного заряда (ши„, з )т-и-перехода) — большей, чем в центральпои частя.

Благодаря указанным мерам напря,кенность поля на наружной поверхности и-и- перехода бУдет сУщественно меньшей, чем в Ф е„о внутренней области. При наличии перенапряжений возможный электрический пробой п„ д Р-и-перехода может произойти только в объемной части, причем пробой носит лавинный ха- ь ~ рактер. Поэтому силовые диоды с такой ли-структурой называют л а в и н н ы м и. Об.

ратная ветвь вольт-амперной характеристики лавинного диода показана на рис. 1.16, б (кривая )). Там же приведена обратная ветвь 'и вольт-амперной характеристики обычного диода б) (кривая л). Перенос возможного электрического пробоя рис.

ь нь полуиров объемную часть перехода обеспечивает не вод"ивовая р-и-струк- тура лавиииого диода только повышение и стабильность уровня на- пряжения лавинного пробоя ()„, но и значи- аго вольт-аиивриой тельное повышение мощности, рассеиваемой лараитариствии (а) прибором при обратном напряжении благодаря его способности пропускать достаточно большой обратный ток без перегрева локальных участков.

Последнее достигается тем, что лавинпый пробой )т-и-перехода носит объемный характер, распределяясь по большому числу микроканалов. Лишь при значительном обратном токе, когда пробой охватывает всю объемную часть перехода, в принципе возможен перегрев прибора и выход его из строя вследствие теплового про. Поэтому действие импульсов перенапряжения должно быть кратковременным даже в случае применения лавинных диодов. Рассмотрим подробнее параметры, характерна) ющне з а г р у зку мощных диодов по току и напряжению и являю ляющиеся важнейшими при их применении. Токовая загрузка диода зависит от теплового режиь:з работы его полуп ов, Упроводниковой структуры и характеризуется максимально домрам Редним значением прямого тока ), „,, „,„.

В справочниках на )а, кото ы диоды указывается предельныи прямои ток протекаюп ег Рый представляет собой среднее за период значение длительно ющего через диод импульсов тока синусоидальной формы мак и У в 6() (полУпеРиод) и частоте 50 Гц. ТокУ )„соответствУет допустимая температура нагрева полупроводниковой структуры в условиях охлаждения, оговариваемых в справочника иа диоды.

Поскольку основным критерием токовой загрузки диода являетс допустимая температура его полупроводниковой структуры, отличи /„ „,л,„ от 1„ зависит от конкретных условий охлаждения в ре альном устройстве. Важную роль при выборе токовой иагрузк играет форма кривой тока, протекающего через диод, и частота Так, например, прн той же форме кривой прямого тока, для которо указывается ток 1, но частоте, много меньшей 50 Гц, существенн будут сказываться колебания температуры полупроводниковой струк туры, обусловливаемые повышением температуры при протекани импульсов тока и ее понижением при охлаждении в токовых паузах Максимальное значение температуры может превысить допустимо что приводит нередко к повреждению прибора, При этом то 1я мчх л,„следует выбирать меньше тока 1„. Данные для выбор диодов по току, соответствующие конкретным видам кривой проте кающего тока, приводятся в справочниках.

В основу расчетов поло жена мощность потерь в полупроводниковой структуре диода в про цессе его работы. В подавляющем большинстве случаев ток 1 явля л ется предельно допустимым параметром использования диода по ток прн длительной работе. Мощные диоды характеризуются также токовыми параметрам режима перегрузки и аварийного режима (ток рабочей перегрузк~ ток аварийной перегрузки, ударный ток). Т о к о м р а б о ч е и е р е г р у з к и 1р,„называют среднее значение тока диода, н вызывающего превышения максимально допустимой температур полупроводниковой структуры из-за малого (указываемого в спр вочниках) времени его протекания (1р „) 1я вам а, ).