Co to jest dioda mocy?

Dioda mocy jest krystalicznym urządzeniem półprzewodnikowym stosowanym głównie do przekształcania prądu przemiennego (AC) w prąd stały (DC), proces znany jako prostowanie. Znajdująca się w obwodach zasilających praktycznie wszystkich współczesnych urządzeń elektrycznych i elektronicznych, funkcja diody mocy przypomina mechaniczny zawór jednokierunkowy. Przewodzi prąd elektryczny o minimalnym oporze w jednym kierunku, znanym jako kierunek do przodu, zapobiegając przepływowi prądu w przeciwnym kierunku. Diody mocy, zwykle zdolne do przepuszczenia do przodu kilkuset amperów, mają znacznie większe złącza PN, a zatem wyższą nośność prądu przewodzenia niż ich mniejsze krewne diody sygnałowe stosowane w elektronice użytkowej do regulacji i redukcji prądu. Dzięki temu diody mocy lepiej nadają się do zastosowań, w których występują większe prądy i wyższe napięcia.

Producenci zazwyczaj wytwarzają szereg diod mocy odpowiednich do określonych zastosowań. Są one oceniane zgodnie z maksymalnym prądem, jaki mogą przewodzić w kierunku do przodu i maksymalnym napięciem zwrotnym, które mogą wytrzymać. Z powodu rezystancji występuje niewielki spadek napięcia podczas przepuszczania prądu elektrycznego przez diodę mocy w kierunku do przodu. I odwrotnie, dioda mocy może wytrzymać tylko pewną ilość napięcia przepływającego w przeciwnym kierunku, zanim się zepsuje i przestanie działać.

Diody mocy są wykonane głównie z krzemu, choć stosuje się również niewielkie ilości innych materiałów, takich jak bor, arsen galu, german lub fosfor. Pojedynczej diody mocy można użyć do konwersji prądu przemiennego na prąd stały, ale wytwarza to tak zwany prąd stały o zmiennej długości półfali. Częściej dwie lub trzy lub więcej diod jest połączonych w obwodzie, aby wytworzyć prąd stały o zmiennej wartości prądu stałego. Najważniejszym z nich jest mostek prostowniczy, w którym cztery połączone diody przekształcają zarówno dodatnie, jak i ujemne odcinki fali prądu przemiennego w prąd stały, wytwarzając w ten sposób prostowanie pełnej fali.

Zakłady energetyczne na całym świecie zwykle używają trójfazowego prądu przemiennego do dystrybucji energii elektrycznej. Chociaż dostarcza on prąd zmienny o różnym natężeniu od wejściowego prądu przemiennego, prostownik pełnofalowy lub mostkowy nie dostarcza prądu stałego o stałym napięciu niezbędnym do zasilania większości współczesnych urządzeń elektrycznych i elektronicznych. Dlatego kondensator zasobnikowy jest zwykle podłączony do końca wyjściowego prostownika w celu wygładzenia tętnienia napięcia. Na przykład w typowym amerykańskim gospodarstwie domowym trójfazowy prąd przemienny z głównych obwodów elektrycznych przechodzi przez trzy pary diod mocy. Powstały prąd stały jest następnie wygładzany i dostarczany przy napięciu wystarczająco stałym do użycia przez przepuszczenie go przez kondensator wygładzający.