دیود جریان بالا (High Current Diode)، در مدارهای الکتریکی (Electrical Circuit)
انواع دیودها (Diode) را در آموزش زیر شرح دادیم :
دیود جریان بالا (High Current Diode) :
دیود جریان بالا (High Current Diode) یک نوع دیود قدرتی است که برای تحمل جریان های مستقیم بسیار بالا (معمولا بیش از ۱۰۰ آمپر تا چند هزار آمپر) طراحی شده است. این دیودها در کاربردهای صنعتی سنگین مانند یکسوسازی در خطوط انتقال DC (HVDC)، درایوهای موتورهای بزرگ، جوشکاری الکتریکی، کوره های قوس الکتریکی (Arc Furnaces)، و الکترولیز صنعتی استفاده می شوند.
ساختار دیود جریان بالا معمولا از نوع PIN با سطح اتصال (Junction Area) بسیار بزرگ است تا بتواند جریان بالا را با چگالی جریان (Current Density) معقول عبور دهد. برای کاهش افت ولتاژ مستقیم (V_F) و تلفات توان، از مواد با مقاومت کم و ساختارهای بهینه استفاده می شود. دیودهای جریان بالا معمولا در بسته بندی های فشاری (Press-Pack) یا ماژول های قدرتی (Power Modules) عرضه می شوند.
پارامترهای مهم دیود جریان بالا عبارتند از: حداکثر جریان مستقیم متوسط (I_F(AV))، حداکثر جریان هجومی (Surge Current - I_FSM) که می تواند ده ها برابر جریان نامی باشد، حداکثر ولتاژ معکوس (V_RRM)، افت ولتاژ مستقیم (V_F) در جریان نامی (معمولا ۱-۲ ولت)، و مقاومت حرارتی (R_th) که بسیار حیاتی است.
کاربرد اصلی دیود جریان بالا در یکسوسازهای صنعتی برای تبدیل AC به DC در ورودی درایوهای موتورهای بزرگ (MV Drives) و منابع تغذیه الکترولیز (Electrolysis Power Supplies) است. در این کاربردها، جریان DC خروجی می تواند تا چند ده کیلوآمپر برای تولید آلومینیوم یا کلر باشد. دیودهای جریان بالا در پل های سه فاز عظیم استفاده می شوند.
کاربرد دیگر در سیستم های جوشکاری مقاومتی (Resistance Welding) است. در این سیستم ها، جریان های بسیار بالا (ده ها کیلوآمپر) برای مدت کوتاه (چند سیکل) از دیود عبور می کند. دیودهای جریان بالا باید بتوانند این جریان های هجومی را بدون آسیب تحمل کنند. همچنین در سیستم های راه آهن برقی برای یکسوسازی در پست های تغذیه خطوط راه آهن استفاده می شوند.
در صنعت تولید هیدروژن و کلرآلکالی (Chlor-alkali) که فرآیند الکترولیز نیاز به جریان DC بالا دارد، از یکسوسازهای عظیم با دیودهای جریان بالا استفاده می شود. همچنین در کوره های قوس الکتریکی برای ذوب فلزات، دیودهای جریان بالا در قسمت تغذیه کوره به کار می روند.
سری معروف دیودهای جریان بالا شامل ماژول های قدرتی از شرکت هایی مانند ABB، Infineon، IXYS، و Semikron است. این ماژول ها برای جریان های ۱۰۰ تا ۱۰۰۰۰ آمپر و ولتاژهای ۴۰۰ تا ۶۵۰۰ ولت موجود هستند. بسته بندی های فشاری (Press-Pack) مانند سری دیودهای SSiC از ABB برای کاربردهای HVDC و توان بالا استفاده می شوند.
یکی از چالش های اساسی در دیودهای جریان بالا، مدیریت حرارتی (Thermal Management) است. تلفات توان در این دیودها می تواند به چند کیلووات برسد. بنابراین، آنها باید بر روی هیت سینک های بزرگ با خنک کاری اجباری هوا یا آب (Water Cooling) نصب شوند. طراحی سیستم خنک کاری برای اطمینان از دمای اتصال (Junction Temperature) پایین تر از حد مجاز حیاتی است.
در دیودهای جریان بالا، پدیده هایی مانند "اثر پوستی" (Skin Effect) و "اثر مجاورتی" (Proximity Effect) در جریان های AC و پالسی باید در نظر گرفته شوند. برای کاهش این اثرات، از هادی های چند رشته ای (Litz Wire) یا طراحی خاص باسبارها (Busbars) استفاده می شود. همچنین توزیع یکنواخت جریان در سطح بزرگ دیود اهمیت دارد.
قابلیت اطمینان و طول عمر در دیودهای جریان بالا بسیار مهم است. این دیودها معمولا برای کار در شرایط سخت صنعتی با دمای بالا، نوسانات برق، و جریان های هجومی طراحی می شوند. تست های دقیق و گواهی های کیفیت (مانند ISO) برای این قطعات ضروری است.
در نهایت، دیود جریان بالا یک ستون فقرات صنایع سنگین و الکترونیک قدرت است. بدون این دیودها، انتقال توان DC در ولتاژ بالا، تولید فلزات با روش الکترولیز، و راه اندازی موتورهای عظیم صنعتی ممکن نبود. با پیشرفت در مواد نیمه هادی (مانند SiC)، نسل جدیدی از دیودهای جریان بالا با افت ولتاژ کمتر و قابلیت کار در دمای بالاتر در حال توسعه است.
