Τι είναι μια δίοδος ισχύος;

Μια δίοδος ισχύος είναι μια κρυσταλλική συσκευή ημιαγωγών που χρησιμοποιείται κυρίως για τη μετατροπή εναλλασσόμενου ρεύματος (AC) σε συνεχές ρεύμα (DC), μια διαδικασία γνωστή ως ανόρθωση. Βρίσκεται στα κυκλώματα τροφοδοσίας σχεδόν όλου του σύγχρονου ηλεκτρικού και ηλεκτρονικού εξοπλισμού, η λειτουργία μιας διόδου ισχύος μοιάζει με μια μηχανική βαλβίδα μονής κατεύθυνσης. Αγάγει ηλεκτρικό ρεύμα με ελάχιστη αντίσταση προς μία κατεύθυνση, γνωστή ως προς τα εμπρός κατεύθυνση, ενώ εμποδίζει το ρεύμα να ρέει προς την αντίθετη κατεύθυνση. Τυπικά ικανές να περνούν έως και αρκετές εκατοντάδες αμπέρ προς τα εμπρός, οι δίοδοι ισχύος έχουν πολύ μεγαλύτερες διασταυρώσεις PN και επομένως υψηλότερη ικανότητα μεταφοράς ρεύματος από τις μικρότερες διόδους σήματος που χρησιμοποιούνται στα ηλεκτρονικά είδη ευρείας κατανάλωσης για τη ρύθμιση και τη μείωση του ρεύματος. Αυτό καθιστά τις διόδους ισχύος πιο κατάλληλες για εφαρμογές όπου εμπλέκονται μεγαλύτερα ρεύματα και υψηλότερες τάσεις.

Οι κατασκευαστές γενικά παράγουν μια σειρά από διόδους ισχύος κατάλληλες για συγκεκριμένες χρήσεις. Ονομάζονται σύμφωνα με το μέγιστο ρεύμα που μπορούν να μεταφέρουν προς την κατεύθυνση προς τα εμπρός και τη μέγιστη αντίστροφη τάση που μπορούν να αντέξουν. Λόγω της αντίστασης, μια μικρή πτώση της τάσης συμβαίνει όταν διέρχεται ένα ηλεκτρικό ρεύμα μέσω μιας διόδου ισχύος προς την κατεύθυνση προς τα εμπρός. Αντίθετα, μια δίοδος ισχύος μπορεί να αντέξει μόνο μια ορισμένη ποσότητα τάσης που ρέει προς την αντίστροφη κατεύθυνση πριν χαλάσει και σταματήσει να λειτουργεί.

Οι δίοδοι ισχύος κατασκευάζονται κυρίως από πυρίτιο, αν και χρησιμοποιούνται επίσης μικρές ποσότητες άλλων υλικών, όπως το βόριο, το αρσενικό γάλλιο, το γερμάνιο ή ο φώσφορος. Μια ενιαία δίοδος ισχύος μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μετατροπή εναλλασσόμενου ρεύματος σε συνεχές ρεύμα, αλλά αυτό παράγει αυτό που είναι γνωστό ως μεταβαλλόμενο συνεχές ρεύμα μισού κύματος. Συνηθέστερα, δύο ή τρεις ή περισσότερες δίοδοι συνδέονται στο κύκλωμα για να παράγουν πλήρες κύμα μεταβαλλόμενο DC. Το πιο σημαντικό από αυτά είναι ο ανορθωτής γέφυρας, στον οποίο τέσσερις συνδεδεμένες δίοδοι μετατρέπουν τόσο τα θετικά όσο και τα αρνητικά τμήματα ενός κύματος εναλλασσόμενου ρεύματος σε συνεχές ρεύμα, παράγοντας έτσι ανόρθωση πλήρους κύματος.

Οι επιχειρήσεις κοινής ωφελείας σε όλο τον κόσμο χρησιμοποιούν συνήθως τριφασικό AC για τη διανομή ηλεκτρικής ενέργειας. Αν και αποδίδει διαφορετικό DC από το εισερχόμενο AC, ένας ανορθωτής πλήρους κύματος ή γέφυρας δεν παρέχει συνεχές ρεύμα στη σταθερή τάση που απαιτείται για την τροφοδοσία του περισσότερου σύγχρονου ηλεκτρικού και ηλεκτρονικού εξοπλισμού. Επομένως, ένας πυκνωτής δεξαμενής συνδέεται συνήθως στο άκρο εξόδου του ανορθωτή προκειμένου να εξομαλύνει την κυματισμένη τάση. Για παράδειγμα, σε ένα τυπικό νοικοκυριό των ΗΠΑ, το τριφασικό AC από τα κύρια ηλεκτρικά κυκλώματα διέρχεται από τρία ζεύγη διόδων ισχύος. Το προκύπτον συνεχές ρεύμα στη συνέχεια εξομαλύνεται και παρέχεται σε τάση αρκετά σταθερή για χρήση περνώντας το μέσω ενός πυκνωτή εξομάλυνσης.