2.2. ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ СИЛОВЫХ ДИОДОВ И ТИРИСТОРОВ

Основные электрические параметры силовых диодов.

На рис. 2.1 представлены прямая и обратная ВАХ диода [напомним, что под ВАХ мы понимаем выраженную аналитически и (или) графически зависимость напряжения на приборе от протекающего через него тока]. Точка С на обратной ВАХ соответствует напряжению , при котором начинается лавинный пробой полупроводниковой структуры, точка В—напряжению, называемому неповторяющимся импульсным обратным напряжением . Под ним понимают наибольшее мгновенное значение такого неповторяющегося напряжения, которое допускается прикладывать к диоду в обратном направлении и которое обусловлено обычно процессами, происходящими вне схемы преобразовательного устройства (в предположении, что его действие исчезает полностью до появления следующего переходного напряжения). Точка А соответствует напряжению, называемому повторяющимся импульсным обратным напряжением .

Напряжение — это наибольшее мгновенное значение напряжения, которое допускается прикладывать к диоду в обратном направлении, включая все повторяющиеся переходные напряжения, обусловленные процессами, происходящими в схеме преобразовательного устройства и собственно диода. Величина , выраженная в сотнях вольт, называется классом прибора. Фактически это максимальное импульсное напряжение, которое потребитель может прикладывать к прибору без каких-либо ограничений. Обычно составляет . Это соотношение представляет собой запас, который закладывает в приборы изготовитель, и величина этого запаса ни в каких информационных материалах не приводится.

Рис. 2.1. Прямая и обратная ВАХ диода

Основной точкой на прямой ВАХ диода является предельный ток прибора, под которым понимают максимально допустимое среднее значение прямого тока, длительно протекающего через диод. Классификационное значение предельного тока определяется расчетным путем, исходя из предельно допустимой температуры структуры, и относится к режиму протекания через диод однополупериодного синусоидального тока с углом проводимости, равным . град. Значению соответствует импульсное прямое напряжение — мгновенное значение прямого напряжения, обусловленное амплитудным значением импульса среднего прямого тока диода. Импульсное прямое напряжение диода определяет его типономинал и выделяет диоды с малым прямым напряжением. На рис. 2.1 показано также, как определять параметры линейной аппроксимации ВАХ [формула (1.4)]: и .

Динамические свойства диодов в значительной степени характеризуются временем обратного восстановления . Под ним понимают наибольшее время переключения диода из прямого проводящего состояния в обратное непроводящее состояние, когда он способен выдерживать приложенное обратное напряжение (интервал времени между моментом, когда в ходе переключения прямой ток диода спадает до нуля, и моментом достижения обратным током, обусловленным восстанавливающимся обратным напряжением, заданного значения). Время обратного восстановления определяет типономинал быстровосстанавливающихся диодов.

Современная полупроводниковая промышленность выпускает силовые диоды с предельными токами до нескольких тысяч ампер и повторяющимся напряжением до нескольких киловольт.

Рис. 2.2. Токи и напряжения наиболее мощных диодов: — быстродействующие диоды; — лавинный диод; — низкочастотные диоды; — отечественные быстродействующие диоды.

Более точно диапазон выпускаемых приборов по току и напряжению показан на рис. 2.2. Следует отметить, что приборы на ток более 1000 А изготавливают, как правило, из кремниевых слитков диаметром 100 мм и более. При этом значения прямого падения напряжения для всех типов силовых диодов лежат обычно в пределах . Отсюда ясно, что диоды всех типов работают при близких значениях плотности тока через прибор, т. е. увеличение прямого тока диода достигается увеличением его рабочей площади. В свою очередь, повышение напряжения, выдерживаемого диодами, достигается увеличением сопротивления исходного материала и увеличением толщины кремниевой пластины. Ясно, что рост толщины пластины приводит к увеличению прямого падения напряжения и к увеличению накопленного заряда. Это означает, что улучшение запирающихся свойств диода приводит к ухудшению его динамических характеристик и характеристик открытого состояния, и наоборот (см. рис. 2.3, а — в заимствованный из работы [2.4]). Поэтому разработчики сильноточных и высоковольтных диодов в процессе разработки всегда стоят перед задачей добиться такого сочетания электрофизических и геометрических характеристик прибора, чтобы он в наилучшей степени удовлетворял требованиям заказчика.

Рис. 2.3. Соотношения между основными параметрами диодов (напряжение при )

Заметим, что современная технология позволяет так изготовить силовой диод, чтобы избежать резкого спада обратного тока в процессе обратного восстановления, что позволяет избежать значительных перенапряжений при выключении диода. Такие диоды называют приборами с мягким восстановлением [2.4].

Другой разновидностью диодов являются так называемые лавинные диоды. В этих диодах за счет применения особой конструкции перехода и специальных технологических приемов создаются условия, гарантирующие развитие контролируемого процесса лавинообразования в объеме структуры на достаточно большой площади перехода. Благодаря этому лавинные диоды при напряжении лавинообразования (см. рис. 2.1, точка F) способны кратковременно ) пропускать относительно большие обратные токи — около от допустимого тока диода в прямом направлении. Следует иметь в виду, что для нелавинных диодов превышение максимально допустимого для них напряжения (рис. 2.1, точка С) практически мгновенно приводит к пробою диода.