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2018.03.30 Si 파워 디바이스

다이오드란? – 분류와 특성

Si 다이오드란?

먼저, 실리콘 파워 디바이스로서 다이오드의 종류와 실리콘 반도체의 기본이라고 할 수 있는 다이오드에 대해 기초적인 내용을 설명하겠습니다.

Si 다이오드의 분류

Si 다이오드의 분류는 그 목적에 따라 몇 가지의 분류 방법이 있습니다. 여기에서는 주로 전력 변환 등에 사용을 목적으로 다이오드를 분류하였습니다.

크게 정류 다이오드, 제너 다이오드, 고주파 다이오드로 분류할 수 있습니다. 그 중에서 정류를 주목적으로 하는 다이오드를 일반적인 범용 정류용, 스위칭을 전제로 하는 고속 정류용, 그리고 초고속 정류 용도의 패스트 리커버리 타입, 마지막으로 고속성과 Low VF가 특징인 쇼트키 배리어 다이오드로 분류하여 설명하겠습니다.

상기와 같이 분류는 하였지만, 모두 원칙적으로 애노드와 캐소드로 구성된 소자이며, 본질적인 기능 및 특성을 나타내는 항목은 거의 동일합니다. 「그럼 차이점은 무엇인가」라는 질문에 대해, 「용도에 따라 전기적 특성의 일부가 최적화되는 것」이라고 표현할 수 있을 것입니다.

Si_1-1_catg

다이오드의 전기적 특성

참고로, 다이오드의 정특성과 동특성은 하기 그림과 같습니다. 이 내용은 앞으로 각 다이오드의 특징을 설명할 때 키워드가 되므로, 숙지하여 주십시오.

다이오드의 정특성은 순방향 전압 VF와 순방향 전류 IF, 역방향 전압 VR과 역방향 전류 IR이 기본입니다.

오른쪽 그림의 주황색 점선 영역은 정류 다이오드가 이용하는 영역을 나타냅니다. 구체적으로는 순방향 취급 가능한 IF까지의 범위와, 역방향은 브레이크다운 전압 이내의 영역입니다.

참고로 녹색 점선으로 표시한 영역은 제너 다이오드가 이용하는 영역입니다. 통상적인 다이오드는 이 영역을 이용하지 않으며, IR의 제한없이 이 영역에 들어가면, 파괴될 가능성이 있습니다.

Si_1-1_chra-s

다이오드의 동특성의 주요 항목에는 역회복 시간 trr과 정전용량 Ct가 있습니다.

trr은 순방향으로 전압이 인가되어 순방향 전류 IF가 흐르는 상태에서, 전압이 역방향으로 변할 때 흐르는 역방향 전류 IR이 정상 상태 (거의 0)로 돌아오는 시간입니다. 오른쪽 그림과 같이, IF가 흐르는 ON 상태에서 OFF 상태가 되면, 이상적으로는 IF가 즉시 0이 됩니다. 그러나, 실제로는 0을 뛰어넘어 역방향 전류 IR이 순간적으로 흘러, trr에 따라 0으로 회복하게 됩니다. trr은 짧을수록 특성이 우수하다고 할 수 있습니다.

정전용량 Ct는 다이오드가 지닌 용량입니다. 콘덴서와 동일한 효과를 가집니다. 오른쪽 그림과 같이 다이오드ON / OFF 시, Ct가 크면 흔히 말하는 파형이 왜곡이 크게 발생하고, 경우에 따라서는 시정수의 관계로 인가 전압에 이르기 전에 OFF 되어 문제가 발생하는 경우도 있습니다. 고속 스위칭 회로에서는 Ct가 작은 다이오드가 적합합니다.

마지막으로 중요한 최대 정격과 전기적 특성을 정리하였습니다.

Si_1-1_chra-d
Si_1-1_specs

최대 정격은 연속적 및 순간적인 인가 전압과 전류, 그리고 온도 조건을 기입하였습니다.
「순간적」의 정의에 대해서는 데이터 시트에 기술된 내용을 참조하거나, 명확히 기술되지 않은 경우에는 각 제조사에 확인할 필요가 있습니다.

너무 기초적인 내용이 많아졌습니다만, 각 다이오드의 특성 및 용도를 설명하기 위해서는 이와 같은 기초를 잘 이해할 필요가 있습니다. 또한, 실제 다이오드 선택 시에도 이와 같은 내용이 바탕이 됩니다.

키 포인트

・매우 기초적인 내용이므로, 잘 숙지해 둔다.

・Si 파워 디바이스로서의 다이오드의 종류 및 분류.

실리콘 파워 디바이스의 특징을 활용한 어플리케이션 사례