دیود یکسوکننده فوق سریع (Ultra-Fast Recovery Diode)، در مدارهای الکتریکی (Electrical Circuit)
انواع دیودها (Diode) را در آموزش زیر شرح دادیم :
دیود یکسوکننده فوق سریع (Ultra-Fast Recovery Diode) :
دیود یکسوکننده فوق سریع (Ultra-Fast Recovery Diode) نسخه پیشرفته تر دیود یکسوکننده سریع (Fast Recovery Diode) است که زمان بازیابی معکوس (Reverse Recovery Time - t_rr) حتی کوتاه تری دارد. این دیودها معمولا t_rr کمتر از ۵۰ نانوثانیه دارند و برخی از آنها تا ۱۵-۲۰ نانوثانیه نیز می رسند. این سرعت فوق العاده بالا آنها را برای کاربردهای با فرکانس بسیار بالا (بیش از ۱۰۰ کیلوهرتز) ایده آل می سازد.
ساختار دیود فوق سریع معمولا مبتنی بر فناوری اپیتاکسیال (Epitaxial) با بهینه سازی دقیق ناخالصی ها است. برای دستیابی به t_rr بسیار کوتاه، از تکنیک هایی مانند تزریق طلا یا پلاتین (Gold/Platinum Doping) و یا ساختارهای PIN با لایه ذاتی (Intrinsic) بسیار نازک استفاده می شود. این ساختارها بازترکیب سریع حامل ها را تسهیل می کنند.
مزیت اصلی دیود فوق سریع نسبت به FRD معمولی، کاهش تلفات سوئیچینگ در فرکانس های بالاتر است. در مبدل هایی که با فرکانس ۲۰۰-۵۰۰ کیلوهرتز کار می کنند، استفاده از دیود فوق سریع می تواند بازده را ۲-۳٪ افزایش دهد. این افزایش بازده به معنای تولید حرارت کمتر و امکان استفاده از هیت سینک کوچک تر است.
پارامترهای مهم دیود فوق سریع مشابه FRD است، با این تفاوت که t_rr بسیار کوچک تر است. معمولا t_rr در دیتاشیت ها تحت شرایط تست خاص (مانند I_F، di/dt، و دما) ذکر می شود. افت ولتاژ مستقیم (V_F) در دیودهای فوق سریع معمولا کمی بالاتر از FRDهای معمولی است، زیرا سرعت بالاتر با افزایش مقاومت سری همراه است.
کاربرد اصلی دیود فوق سریع در منابع تغذیه سوئیچینگ با فرکانس بالا (High-Frequency SMPS) است. این منابع تغذیه در تجهیزاتی مانند سرورها، کامپیوترها، شارژرهای سریع لپتاپ و تلفن همراه، و منابع تغذیه مخابراتی استفاده می شوند. فرکانس بالای کاری امکان استفاده از ترانسفورماتورها و سلف های کوچک تر را فراهم می کند.
کاربرد دیگر در مبدل های رزونانسی (Resonant Converters) و مبدل های LLC است. در این مبدل ها، شکل موج جریان و ولتاژ سینوسی است و دیودها در شرایط جریان صفر (ZCS) یا ولتاژ صفر (ZVS) سوئیچ می شوند. دیودهای فوق سریع با بازیابی نرم (Soft Recovery) برای این کاربردها بسیار مناسب هستند.
در مدارات PFC (Power Factor Correction) با فرکانس بالا، دیود فوق سریع می تواند عملکرد را بهبود بخشد. همچنین در اینورترهای با فرکانس بالا برای کاربردهای خاص (مانند گرمایش القایی) استفاده می شود. در برخی تجهیزات پزشکی (مانند دستگاه های X-Ray) که نیاز به سوئیچینگ سریع دارند نیز کاربرد دارند.
سری معروف دیودهای فوق سریع شامل UF400x (۱ آمپر، t_rr ~ ۵۰ نانوثانیه)، SF100x (۱ آمپر، t_rr ~ ۳۵ نانوثانیه)، و BYV26x (۱-۲ آمپر، t_rr ~ ۳۰ نانوثانیه) هستند. برای جریان های بالاتر، سری هایی مانند 30ETHxx و 60APHxx با t_rr حدود ۲۰-۴۰ نانوثانیه و جریان های ۳۰-۶۰ آمپر موجود هستند.
یکی از چالش های دیود فوق سریع، رفتار بازیابی (Recovery Characteristic) است. برخی از این دیودها بازیابی بسیار تیز (Abrupt) دارند که می تواند باعث ایجاد نوسانات با فرکانس بالا و EMI شود. دیودهای فوق سریع با بازیابی نرم (Soft Recovery) ترجیح داده می شوند، زیرا نوسانات کمتری تولید می کنند و طراحی فیلتر EMI را ساده تر می کنند.
دمای کاری بر t_rr و V_F تأثیر می گذارد. با افزایش دما، t_rr معمولا افزایش می یابد (چون سرعت بازترکیب حامل ها کاهش می یابد) و V_F کاهش می یابد. این تغییرات باید در طراحی مدار در نظر گرفته شوند. برخی دیودهای فوق سریع برای کار در دمای بالا (تا ۱۷۵ درجه سانتیگراد) طراحی شده اند.
در نهایت، دیود یکسوکننده فوق سریع یک قطعه حیاتی برای دستیابی به بازده بالا و اندازه کوچک در منابع تغذیه مدرن است. با افزایش تقاضا برای دستگاه های الکترونیکی کوچک تر و کارآمدتر، اهمیت این دیودها روزافزون است. با پیشرفت فناوری های جدید مانند SiC و GaN، انتظار می رود دیودهای فوق سریع با عملکرد حتی بهتر و در ولتاژهای بالاتر ظهور کنند.
