دیود قدرتی (High Power Diode)، در مدارهای الکتریکی (Electrical Circuit)
انواع دیودها (Diode) را در آموزش زیر شرح دادیم :
دیود قدرتی (High Power Diode) :
دیود قدرتی (High Power Diode) یک اصطلاح کلی برای دیودهایی است که برای تحمل توان های بالا (ترکیبی از ولتاژ بالا و جریان بالا) طراحی شده اند. این دسته شامل دیودهای جریان بالا (High Current Diodes)، دیودهای ولتاژ بالا (High Voltage Diodes)، و دیودهایی با قابلیت هر دو است. دیودهای قدرتی در الکترونیک قدرت (Power Electronics) کاربرد گسترده ای دارند و قلب سیستم های تبدیل انرژی هستند.
ساختار دیود قدرتی معمولا از نوع PIN با بهینه سازی برای کاهش تلفات هدایت (Conduction Losses) و تلفات سوئیچینگ (Switching Losses) است. لایه ذاتی (Intrinsic) ضخیم برای تحمل ولتاژ بالا و سطح اتصال بزرگ برای عبور جریان بالا استفاده می شود. بسته بندی این دیودها به گونه ای است که بتواند حرارت تولید شده را به هیت سینک منتقل کند (مانند بسته های TO-247، TO-264، و ماژول ها).
پارامترهای مهم دیود قدرتی ترکیبی از پارامترهای دیود جریان بالا و ولتاژ بالا است: حداکثر ولتاژ معکوس (V_RRM)، حداکثر جریان مستقیم متوسط (I_F(AV))، جریان هجومی (I_FSM)، افت ولتاژ مستقیم (V_F)، زمان بازیابی معکوس (t_rr) (برای دیودهای سریع)، و مقاومت حرارتی (R_th). انتخاب دیود قدرتی مناسب بر اساس این پارامترها انجام می شود.
کاربرد دیود قدرتی بسیار گسترده است و شامل تمام حوزه های الکترونیک قدرت می شود: یکسوسازی در منابع تغذیه صنعتی، یکسوسازهای ورودی درایوهای موتور، مبدل های DC-DC با توان بالا، اینورترهای خورشیدی (Solar Inverters)، یکسوسازهای خطوط HVDC، منابع تغذیه جوشکاری، کوره های القایی، و شارژرهای باتری های بزرگ.
دیودهای قدرتی بر اساس سرعت به چند دسته تقسیم می شوند: دیودهای استاندارد (Standard Recovery) با سرعت پایین برای کاربردهای فرکانس پایین (۵۰/۶۰ هرتز)، دیودهای بازیابی سریع (Fast Recovery) برای کاربردهای فرکانس متوسط (چند کیلوهرتز)، و دیودهای فوق سریع (Ultra-Fast) و دیودهای شاتکی (Schottky) برای فرکانس های بالا (ده ها تا صدها کیلوهرتز).
سری معروف دیودهای قدرتی شامل دیودهای مجزا در بسته های TO-220، TO-247، و TO-264 (مانند سری 1N540x برای ۳ آمپر، سری MUR برای دیودهای فوق سریع، و سری 60EPS... برای جریان های بالاتر) و ماژول های قدرتی (مانند سری MDD... برای پل های دیود سه فاز) است.
یکی از چالش های مهم در طراحی با دیودهای قدرتی، مدیریت حرارتی است. تلفات توان در این دیودها می تواند قابل توجه باشد و باید با استفاده از هیت سینک مناسب و گاهی خنک کاری اجباری دفع شود. محاسبه دقیق دمای اتصال (T_j) با استفاده از مدل های حرارتی و اطمینان از عدم تجاوز از حداکثر دمای مجاز برای قابلیت اطمینان ضروری است.
در کاربردهای با فرکانس بالا، تلفات سوئیچینگ (ناشی از زمان بازیابی معکوس) می تواند غالب باشد. انتخاب دیود با t_rr مناسب برای فرکانس کاری، و در نظر گرفتن رفتار بازیابی (نرم یا تیز) برای کاهش EMI، از نکات کلیدی طراحی است. گاهی از مدارات اسنابر (Snubber) برای کنترل نوسانات ناشی از بازیابی دیود استفاده می شود.
در نهایت، دیود قدرتی یک جزء اساسی در تمام سیستم های تبدیل انرژی است. با توجه به تنوع بسیار زیاد در پارامترها و بسته بندی ها، انتخاب دیود مناسب نیازمند تحلیل دقیق نیازمندی های مدار (ولتاژ، جریان، فرکانس، دما) و مطالعه دیتاشیت ها است. پیشرفت در مواد نیمه هادی (SiC، GaN) مرزهای توان و فرکانس را به طور مداوم گسترش می دهد.
