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2018.03.30 Si 파워 디바이스

다이오드란? – 정류 다이오드의 특징 비교

Si 다이오드란?

이번에 설명할 다이오드는 고내압으로 고전류를 취급하는 타입으로, 특성, 특징, 제조 프로세스에 따라 몇 가지로 분류됩니다. 또한, 다이오드는 기본적으로 어플리케이션에 대해 특성 및 성능이 최적화되어 있습니다.

정류 다이오드의 특징 비교

여기서는 정류 다이오드를 4가지 타입으로 분류하였습니다. 범용 정류 용도, 범용 스위칭 용도, 쇼트키 배리어 다이오드, 패스트 리커버리 다이오드의 4종류에 대해 그 특징을 표로 정리하였습니다.

타입 특징 VF IR trr 가격 적용 어플리케이션
정류 범용 × × 일반정류
전원의 역접속 보호
스위칭 스위칭용 × 단순한 스위칭 용도
마이컴 주변의 스위칭
쇼트키 배리어
SBD
고속 (~200V)
Low VF
× × DC/DC 컨버터
AC/DC 컨버터 (2차측)
패스트 리커버리
FRD
고속 (~200V) × × AC/DC 컨버터
인버터 회로

범용 타입은 일반적인 정류, 즉 교류를 직류로 정류하는 것을 주요 목적으로 한 것입니다. 다이오드 브릿지는 정류용으로 다이오드를 조합한 것입니다. 그 외에는 전원 및 전지를 역접속한 경우에 과전류가 흐르는 것을 방지하기 위한 보호용으로 사용됩니다. 순방향 전압 VF는 취급하는 전류에 따라 달라지지만, 1V 전후가 표준적입니다. 이는 실리콘의 PN 접합으로 구성된 다이오드의 일반적인 VF입니다. 역회복 시간 trr은 50Hz / 60Hz와 같은 상용 전원의 정류가 전제이므로, 그다지 빠르지 않은 것이 표준입니다.

스위칭 타입은 명칭 그대로 전원의 전환 등이 주요 용도입니다. VF는 범용 타입과 동등한 것이 표준입니다. 스위칭 용도가 목적이므로, trr은 범용 타입보다 고속입니다. 단, 쇼트키 배리어 다이오드 및 패스트 리커버리 다이오드와 같은 속도가 아니라, 범용 타입에 비해 스위칭 특성이 빠르다는 의미입니다.

쇼트키 배리어 다이오드 (SBD)는 PN 접합이 아니라, 금속과 반도체, 예를 들어 N형 실리콘과의 접합으로 생겨난 쇼트키 배리어 (장벽)를 이용합니다. PN 접합 다이오드에 비해 VF가 낮고, 스위칭 특성이 빠른 것이 특징입니다. 단, 역방향의 리크 전류 IR이 크고, 조건에 따라서는 열폭주가 발생되므로 주의가 필요합니다. VF는 예를 들어 10A라는 대전류가 흘러도 0.8V 정도이며, 수 A의 경우에는 0.5V 전후이므로, 고효율이 요구되는 DC/DC 컨버터 및 AC/DC 컨버터의 2차측에서 사용되는 것이 대표적입니다.

패스트 리커버리 다이오드 (FRD)는 PN 접합 다이오드이지만, trr을 대폭 개선한 고속 다이오드입니다. 또한, SBD의 내압 (역방향 전류 VR)은 200V 이하인 반면, FRD는 800V라는 고내압이 가능합니다. 단, 일반적으로 VF는 범용 타입보다 높고, 고내압 고전류 사양의 경우 2V 전후가 표준적이지만, 최근에는 VF를 저감한 타입도 증가하였습니다. 고내압과 고속성에서 AC/DC 컨버터 및 인버터 회로에서 사용되는 경우가 많습니다.

하기 그림은 위에서 기술한 내용을 그림으로 표현한 것입니다. 또한, 이 4가지 타입에만 해당되는 것은 아니지만, Si 다이오드의 기본적인 온도 특성에 대해서도 추가하였습니다.

Si_1-2_vi

내용이 반복되지만 간단히 설명하자면, 가장 왼쪽의 그림은 SBD가 다른 3가지 타입에 비해 VF가 낮고, IR이 크다는 것을 나타냅니다.

중간 그림은 SBD와 FRD는 다른 2가지 타입에 비해 trr이 대폭적으로 고속인 것과 trr 사이에 흐르는 IR이 크면 손실이 크다는 것을 나타냅니다.

오른쪽 그림은 Si 다이오드의 기본적인 온도 특성으로, 고온일 경우 VF가 저하하고, IR이 증가함을 나타냅니다.

다음에는 쇼트키 배리어 다이오드에 대해서 조금 더 자세하게 설명하겠습니다.

키 포인트

・파워계 Si 다이오드의 대략적인 특징 비교를 알아둘 것.

실리콘 파워 디바이스의 특징을 활용한 어플리케이션 사례