تشخیص دیود شاتکی، دیود بازیابی سریع و دیود بازیابی فوق سریع

دیودهای شاتکی از شاتکی برای مسدود کردن ولتاژ معکوس روی سطح تماس فلزی یا نیمه هادی استفاده می کنند تا جریان بتواند به صورت یک طرفه هدایت شود. متفاوت از دیود سنتی، ساختار اتصال شاتکی و PN بسیار متفاوت است. دیود بازیابی سریع، همانطور که از نام آن پیداست، یک دیود نیمه هادی است که می تواند زمان معکوس را به سرعت بازیابی کند. این مقاله تفاوت های بین دیود شاتکی و دیود بازیابی سریع را از جنبه های ساختار و ویژگی های عملکرد معرفی می کند.

دیود شاتکی

این یک دیود از "اتصال نیمه هادی فلزی" با ویژگی های شاتکی است. ولتاژ شروع به جلو آن کم است. علاوه بر تنگستن، لایه فلزی را می توان از طلا، مولیبدن، نیکل، تیتانیوم و مواد دیگر نیز ساخت. ماده نیمه هادی سیلیکون یا آرسنید گالیم است. این نوع دستگاه توسط اکثر حامل ها رسانا است، بنابراین جریان اشباع معکوس آن بسیار بزرگتر از جریان اتصال PN است که توسط چند حامل رسانا می شود. از آنجا که اثر ذخیره سازی حامل های اقلیت در دیود شاتکی بسیار کم است، پاسخ فرکانسی آن تنها با ثابت زمانی RC محدود می شود، بنابراین دستگاه ایده آلی برای سوئیچینگ فرکانس بالا و سریع است. فرکانس کاری آن می تواند به 100 گیگاهرتز برسد. علاوه بر این، دیودهای شاتکی MIS (نیمه رسانای عایق فلزی) را می توان برای ساخت سلول های خورشیدی یا دیودهای ساطع کننده نور استفاده کرد.

اصل ساختاری

به طور خلاصه، اصل ساختاری یکسو کننده شاتکی بسیار متفاوت از یکسو کننده اتصال PN است. یکسو کننده اتصال PN معمولاً Junction Rectifier نامیده می شود در حالی که یکسو کننده نیمه لوله فلزی یکسو کننده Schottky نامیده می شود. در سال های اخیر، دیودهای آلومینیومی سیلیکون Schottky تولید شده توسط فناوری مسطح سیلیکونی نیز توسعه یافته اند که نه تنها باعث صرفه جویی در فلزات گرانبها می شود، هزینه ها را تا حد زیادی کاهش می دهد، بلکه ثبات پارامترها را نیز بهبود می بخشد.

یکسو کننده شاتکی تنها از یک حامل (الکترون) برای انتقال بار استفاده می کند و هیچ انباشته ای از حامل های اقلیت اضافی در خارج از مانع بالقوه وجود ندارد. بنابراین، مشکل ذخیره شارژ وجود ندارد (qrr → 0)، و ویژگی های سوئیچینگ به طور قابل توجهی بهبود یافته است. زمان بازیابی معکوس را می توان به کمتر از 10 ثانیه کاهش داد. با این حال، مقدار ولتاژ مقاومت معکوس آن نسبتا کم است، معمولاً بیش از 100 ولت نیست. بنابراین، برای کار در ولتاژ پایین و جریان بالا مناسب است. راندمان مدار یکسو کننده جریان کم ولتاژ و بزرگ (یا چرخش آزاد) را می توان با استفاده از ویژگی های افت ولتاژ پایین بهبود بخشید.

دیود بازیابی سریع

دیودهای بازیابی سریع به دیودهایی با زمان بازیابی معکوس کوتاه (زیر 5 us) اطلاق می شود. اقدامات دوپینگ طلا در این فرآیند اتخاذ می شود. برخی از ساختارها ساختار اتصال PN و برخی ساختار پین بهبود یافته را اتخاذ می کنند. افت ولتاژ رو به جلو آن بیشتر از دیودهای معمولی ({1}}v) است و مقاومت ولتاژ معکوس عمدتاً زیر 1200 ولت است. از نظر عملکرد می توان آن را به دو سطح ریکاوری سریع و ریکاوری فوق سریع تقسیم کرد. زمان بازیابی معکوس اولی صدها نانوثانیه یا بیشتر است، در حالی که دومی کمتر از 100 نانوثانیه است.

دیود شاتکی دیودی است که بر اساس مانع پتانسیل ایجاد شده از تماس بین فلز و نیمه هادی است. به اختصار دیود شاتکی نامیده می شود. دارای کاهش ولتاژ رو به جلو ({{0}}.4-1.0v)، زمان بازیابی معکوس (0-10 نانوثانیه)، جریان نشتی معکوس زیاد و ولتاژ مقاومت پایین، معمولا کمتر از 150 ولت این عمدتا در موارد ولتاژ پایین استفاده می شود.

دیودهای شاتکی و دیودهای بازیابی سریع معمولاً در منابع تغذیه سوئیچینگ استفاده می شوند. تفاوت این است که زمان بازیابی اولی حدود 100 برابر کمتر از دومی است و زمان بازیابی معکوس اولی حدود چند نانوثانیه است. اولی دارای مزایای مصرف برق کم، جریان بالا و سرعت فوق العاده بالا است.

در فرآیند تولید دیود بازیابی سریع، دوپینگ طلا، انتشار ساده و سایر فرآیندها اتخاذ می شود که می تواند سرعت سوئیچینگ بالا و ولتاژ مقاومت بالا را به دست آورد. در حال حاضر دیودهای بازیابی سریع عمدتاً به عنوان عناصر یکسو کننده در منبع تغذیه اینورتر استفاده می شوند.

زمان ریکاوری معکوس

زمان ریکاوری معکوس چیست؟ هنگامی که ولتاژ دیود خارجی از جهت جلو به جهت معکوس گذرا می شود، جریانی که از دستگاه عبور می کند نمی تواند به طور گذرا از جریان رو به جلو به جریان معکوس تبدیل شود. در این زمان، حامل های اقلیت (سوراخ) تزریق شده در جهت جلو توسط میدان الکتریکی قوی ناحیه بار فضایی استخراج می شوند. از آنجایی که چگالی این حفره ها بیشتر از چگالی سوراخ متعادل ناحیه پایه است، جریان معکوس بسیار بزرگتر از جریان نشتی معکوس در لحظه بایاس معکوس، یعنی جریان بازیابی معکوس IRM ایجاد می شود. در عین حال، افزایش فرآیند همزمانی کاهش چگالی حامل های اضافی را نیز تسریع می کند. تا زمانی که حامل های اضافی انباشته شده در ناحیه پایه به طور کامل ناپدید شوند، جریان معکوس کاهش می یابد و به جریان نشتی معکوس تثبیت می شود. زمان صرف شده برای کل فرآیند، زمان بازیابی معکوس است.

زمان بازیابی معکوس TRR به عنوان بازه زمانی تعریف می شود که در طی آن جریان از نقطه صفر از جهت رو به جلو به مقدار پایین مشخص شده عبور می کند. این یک شاخص فنی مهم برای اندازه گیری عملکرد دستگاه های چرخ آزاد و یکسو کننده فرکانس بالا است.

ویژگی های ساختار دیودهای بازیابی سریع و بازیابی فوق سریع

ساختار داخلی دیود بازیابی سریع با دیود معمولی متفاوت است. منطقه پایه I را بین مواد سیلیکونی نوع p و نوع n اضافه می کند تا تراشه سیلیکونی پین را تشکیل دهد. از آنجایی که ناحیه پایه بسیار نازک است و شارژ بازیابی معکوس بسیار کم است، نه تنها مقدار TRR به شدت کاهش می یابد، بلکه افت ولتاژ رو به جلو گذرا نیز کاهش می یابد، به طوری که لوله می تواند ولتاژ کاری معکوس بالا را تحمل کند. زمان بازیابی معکوس دیود بازیابی سریع به طور کلی چند صد نانوثانیه است، افت ولتاژ رو به جلو حدود 0.6 ولت، جریان رو به جلو از چند آمپر تا چند هزار آمپر است، و ولتاژ پیک معکوس می تواند به چند صد تا برسد. چند هزار ولت بار بازیابی معکوس دیود بازیابی فوق سریع بیشتر کاهش می یابد و TRR آن را به چند ده نانوثانیه می رساند.

اکثر دیودهای بازیابی سریع و بازیابی فوق سریع زیر 20 آمپر به صورت بسته TO-220 هستند. از دیدگاه ساختار داخلی، می توان آن را به دو لوله تک لوله و لوله مخالف (همچنین به عنوان لوله دوگانه شناخته می شود) تقسیم کرد. دو دیود بازیابی سریع در داخل جفت لوله وجود دارد. با توجه به روش های مختلف اتصال دو دیود، دو نوع کاتد به لوله مشترک و آند به لوله مشترک وجود دارد. دیودهای بازیابی سریع با ده ها AMP عموماً در محفظه فلزی-3 بسته بندی می شوند. لوله های با ظرفیت بزرگتر (چند صد تا چند هزار الف) به صورت پیچی یا صفحه ای بسته بندی می شوند.

روش آزمون

روش تست معمولی

در شرایط آماتور، مولتی متر می تواند رسانایی یک طرفه دیودهای بازیابی سریع و بازیابی فوق سریع و همچنین وجود خطاهای مدار باز و اتصال کوتاه در داخل را تشخیص دهد و می تواند افت ولتاژ هدایت به جلو را اندازه گیری کند. اگر مجهز به میگر باشد، می تواند ولتاژ شکست معکوس را نیز اندازه گیری کند.

مثال: اندازه گیری یک دیود بازیابی فوق سریع، و پارامترهای اصلی آن عبارتند از: TRR=35ns، if=5a، IFSM=50a، VRM=700V. مولتی متر را روی R × در دنده 1 بچرخانید، مقاومت خواندن به جلو 6.4l، n=19.5l است. مقاومت معکوس بی نهایت است. علاوه بر این، VF=0.03V به دست می آید/ × 19.{12}}.585V. ثابت کنید که لوله خوب است.

مواردی که نیاز به توجه دارند:

برخی از لوله های تک در مجموع دارای سه پایه هستند و پین وسط یک پین خالی است که معمولاً هنگام خروج از کارخانه قطع می شود اما برخی از آنها قطع نمی شوند.

اگر یکی از لوله ها آسیب دیده باشد، می توان از آن به عنوان یک لوله استفاده کرد.

هنگام اندازه گیری افت فشار × دنده 1 باید از R استفاده شود. اگر R × در دنده 1K استفاده شود، به دلیل اینکه جریان تست خیلی کم است، که به مراتب کمتر از جریان کار معمولی لوله است، مقدار VF اندازه گیری شده به طور قابل توجهی کمتر خواهد بود. در مثال بالا، اگر R انتخاب شود × در دنده 1K اندازه‌گیری شده باشد، مقاومت رو به جلو برابر با 2.2k و در این زمان n=9 شبکه است. مقدار VF محاسبه شده فقط 0.27v است که به مراتب کمتر از مقدار عادی (0.6V) است.

زمان بازیابی دیود بازیابی سریع 200-500ns است.

زمان بازیابی دیود فوق سریع 30-100ns است.

زمان بازیابی دیود شاتکی حدود 10 ثانیه است.

علاوه بر این، ولتاژ پیشروی آنها نیز متفاوت است. شاتکی < بازیابی سریع < راندمان بالا.