пример, вода, антифриз, трансформаторное масло, синтетические диэлектрические жидкости. В последние годы широкое применение получило испарительное охлаждение, основанное на отводе теплоты за счет образования пузырей пара у теплоотводящей поверхности охладителя. Образовавшийся пар поступает в теплообменник, связанный с внешней средой. Система испарительного охлаждения основана на принципе непрерывного замкнутого цикла: испарение жидкости в корпусе диода в результате его нагрева в процессе работы конденсация паров в теплообменнике вследствие охлаждения - поступление охлажденной-жидкости вновь к нагретой поверхности. В качестве жидкости при испарительном охлаждении применяют воду, этиловый спирт, фреон.

Другая особенность мощных диодов - необходимость их защиты от кратко временных перенапряжений, возникающих при резких сбросах нагрузки, коммутационных и аварийных режимах, а также атмосферных воздействиях. При этом диоду прикладывается в обратном направление помимо напряжения, обусловленного схемо (на которое производится выбор диодов), до полнительный импульс напряжения. При от сутствии защитных мер диод может выйти и строя.

Выход диода из строя связан вначале электрическим пробоем р-га-перехода, которьг затем переходит в тепловой пробой, проис ходящий часто не внутри р-га-перехода, а месте выхода его на поверхность кристалла Причина заключается в том, что в реально-диоде в месте выхода /j-ra-перехода на поверх ность имеются участки, в которых существенн сужена область объемного заряда. Это об~ словливается рядом факторов (нарушени структуры кристалла, различные загрязнени поверхности и т. д.). Естественно, что напр женность поля в этих участках выше, а напр жение электрического пробоя ниже, чем вну ри р-я-перехода. Поэтому при перенапряж ниях возникает электрический пробой р-п-пер хода в этих участках и весь обратный ток проходит через ни Плотность тока достигает достаточно больших значений даже пр сравнительно небольших обратных токах. Температура в участ пробоя резко повышается, что в конечном счете приводит к тепл вому пробою и расплавлению кремния вблизи участка пробоя.

Таким образом, защита силового диода от перенапряжений з ключается в переводе возможного электрического пробоя р-я-пер

Рис. 1.15. Конструкция мощного кремниевого диода ВЛ-200: / - внешний гибкий вывод (анод); 2 - стакан;

3 - стеклянный изолятор;

4 - внутренний гибкий вывод анода; 5 - корпус; 6 - чашечка; 7 - кристалл с р-п-переходом; 8 - кристаллодержатель (катод); 9 - шпилька для крепления к радиатору

а с поверхностных участков в объемные. Поверхностный пробой траняют за счет создания косого среза (фаски) по поверхности пластины монокристалла и применения так называемого метода защитного тоЛьЦа (рис. 1.16, а). Метод основан на внесении меньшей концентра-и акцепторной примеси в периферийную кольцевую часть монокристалла по сравнению с внутренней. В связи с этим концентрация основных носителей заряда в периферийной части р-области будет меньшей, а толщина слоя объемного заряда (ширина р-я-перехода) -большей, чем в центральной части. Благодаря указанным мерам напряженность поля на наружной поверхности р-я-перехода будет существенно меньшей, чем в его внутренней области. При наличии перенапряжений возможный электрический пробой р-я-перехода может произойти только в объемной части, причем, пробой носит лавинный характер. Поэтому силовые диоды с такой р-га-структурой называют лавинными. Обратная ветвь вольт-амперной характеристики лавинного диода показана на рис. 1.16, б (кривая /). Там же приведена обратная ветвь вольт-амперной характеристики обычного диода (кривая 2).

Перенос возможного электрического пробоя в объемную часть перехода обеспечивает не только повышение и стабильность уровня напряжения лавинного пробоя Uл, но и значительное повышение мощности, рассеиваемой прибором при обратном напряжении благодаря его способности пропускать достаточно

большой обратный ток без перегрева локальных участков. Последнее достигается тем, что лавинный пробой р-я-перехода носит объемный характер, распределяясь по большому числу микроканалов. Лишь при значительном обратном токе, когда пробой охватывает всю объемную часть перехода, в принципе возможен перегрев прибора и выход его из строя вследствие теплового пробоя. Поэтому действие импульсов перенапряжения должно быть кратковременным даже в случае применения лавинных диодов.

Рассмотрим подробнее параметры, характеризующие загруз-к У мощных диодов по току и напряжению и являющиеся важнейшими при их применении.

К0ВЗЯ загРУзка диода зависит от теплового режима работы его

пРовЭДниковой структуры и характеризуется максимально до-никахМЫМ Средним значением прямого тока /а тах доп. В справоч-/ к на ДИ0ДЬ1 указывается предельный прямой ток протеТОГ>Ыи представляет собой среднее за период значение длительно пРи па\/ЮЩеГ°1 Чорез ДИОд импульсов тока синусоидальной формы максима Х В (п°лупериод) и частоте 50 Гц. Току /п соответствует льно допустимая температура нагрева полупроводниковой

Рис. 1.16. Полупроводниковая р-ге-струк-тура лавинного диода (а) и обратная ветвь его вольт-амперной характеристики (б)

структуры в условиях охлаждения, оговариваемых в справочника на диоды.

Поскольку основным критерием токовой загрузки диода являете* допустимая температура его полупроводниковой структуры, отличи /ашахД0П от /п зависит от конкретных условий охлаждения в ре альном устройстве. Важную роль при выборе токовой нагрузи] играет форма кривой тока, протекающего через диод, и частота' Так, например, при той же форме кривой прямого тока, для которое указывается ток /п, но частоте, много меньшей 50 Гц, cyuiecTEeimd будут сказываться колебан-ия температуры полупроводниковой струк' туры, обусловливаемые повышением температуры при протекание импульсов тока и ее понижением при охлаждении в токовых паузах; Максимальное значение температуры может превысить допустимое] что приводит нередко к повреждению прибора. При этом той j а тахдоп следует выбирать меньше тока /п. Данные для выбора1 диодов по току, соответствующие конкретным видам кривой проте] кающего тока, приводятся в справочниках. В основу расчетов поло жена мощность потерь в полупроводниковой структуре диода в процессе его работы. В подавляющем большинстве случаев ток /п явля ется предельно допустимым параметром использования диода по ток при длительной работе.

Мощные диоды характеризуются также токовыми параметрам режима перегрузки и аварийного режима (ток рабочей перегрузк: ток аварийной перегрузки, ударный ток). Током рабоче перегрузки /р-п называют среднее значение тока диода, н] вызывающего превышения максимально допустимой температур полупроводниковой структуры из-за малого (указываемого в спр вочниках) времени его протекания (/Р.п>/а max доп)- Ток аварийной перегрузки /а.п соответствует среднее за чение прямого тока, воздействие которого допускается лишь огр; ничейное число раз за время службы прибора (/а,п > /р.п)- При это предполагается принятие защитных мер от выхода диода из строя Ударный ток /уд определяет максимальную амплитуду и: пульса аварийного тока синусоидальной формы длительностью 10 м при нормируемой начальной температуре полупроводниковой стру туры без последующего приложения обратного напряжения (7УД ~>1 & max доп)- При этом предполагается, что ко времени окончан действия ударного тока средства защиты успевают исключить дал нейшее протекание тока через диод.

Специфика работы мощных диодов проявляется и в необходимое более тщательного подхода к их выбору по обратному напряжени

В процессе работы к диоду могут прикладываться периодичес: повторяющиеся дополнительные перенапряжения, обусло] ливаемые внутренними факторами (например, при переходе дио, из открытого состояния в закрытое), а также случайные н е п о торяющиеся перенапряжения, вызываемые внешними прич; нами (атмосферными воздействиями или перенапряжениями в пита щей сети). В связи с этим для выбора диода по напряжению испо. зуют три каталожных параметра: рекомендуемое раб