Qu’est-ce qu’une diode de redressement ?
Les diodes de redressement sont des éléments semi-conducteurs utilisés dans les circuits d’alimentation électrique pour redresser le courant alternatif des alimentations commerciales afin d’obtenir un courant pulsé.
Par rapport aux diodes ordinaires à petit signal, les diodes de redressement se caractérisent par leur grande taille, leur capacité de courant élevée, leur tension de résistance élevée et leur construction robuste. Les tubes bipolaires, qui sont des tubes à vide, sont également connus sous le nom de diodes et étaient autrefois activement utilisés comme redresseurs, mais ils sont aujourd’hui limités à des applications spéciales, de sorte que le présent document se limite aux éléments semi-conducteurs.
Utilisations des diodes de redressement
Les diodes de redressement sont toujours utilisées dans les circuits de redressement des alimentations qui produisent du courant continu à partir de sources commerciales. Les diodes de premier rétablissement à temps de rétablissement court et les diodes à barrière Schottky à faibles pertes sont utilisées dans les circuits qui redressent le courant alternatif à haute fréquence, tels que les régulateurs de commutation, qui sont également considérés comme un type de diode de redressement.
Principe des diodes de redressement
Dans une diode de redressement, le côté de la borne de type P est appelé anode et le côté de la borne de type N est appelé cathode. Près de la jonction PN, les électrons de type N et les trous de type P s’annulent mutuellement, créant ainsi une couche de déplétion. Lorsqu’une tension directe est appliquée entre l’anode et la cathode, des trous sont injectés dans la zone de type P et des électrons dans la zone de type N, ce qui réduit la couche de déplétion et permet au courant de circuler du type P vers le type N.
Lorsqu’une tension inverse est appliquée, des électrons sont injectés dans la partie de type P et des trous dans la partie de type N, ce qui a pour effet d’élargir la couche de déplétion et d’empêcher le passage du courant. Cela montre que dans une diode, le courant ne peut circuler que dans le sens P-type-N-type. D’après ce qui précède, lorsqu’une tension alternative est appliquée de l’anode à la cathode d’une diode, le courant ne circule que dans le sens direct et non dans le sens inverse. C’est le principe de la rectification.
Il convient de noter qu’une diode de redressement seule produit un redressement semi-onde, ce qui signifie que le courant ne sort que pour un demi-cycle de courant alternatif. En revanche, une connexion en pont utilisant quatre diodes produit un redressement à onde pleine, ce qui présente l’avantage d’obtenir un courant plus important et de réduire l’ondulation, c’est pourquoi les diodes connectées en pont sont couramment utilisées.
Types de diodes de redressement
Il existe trois principaux types de diodes de redressement :
1. Diodes au silicium
Il s’agit de l’une des diodes à jonction PN les plus répandues. Le terme diode de redressement fait généralement référence aux diodes au silicium. Les diodes au germanium étaient autrefois utilisées, mais elles le sont rarement en raison de leur mauvaise résistance à la chaleur et de leur difficulté à supporter des courants importants.
2. Première diode de récupération
Un piège à porteurs est créé dans la région semi-conductrice de type N d’une diode à jonction PN par diffusion de métaux lourds ou irradiation par faisceau d’électrons, et la structure est conçue pour piéger les porteurs pendant la commutation. Le temps de récupération inverse peut être amélioré pour atteindre 1/100 à 1/1,000 de celui d’une diode normale, mais cela présente l’inconvénient d’augmenter la tension directe.
Les diodes ayant un temps de récupération inverse court sont avantageuses dans les alimentations à découpage où un fonctionnement à grande vitesse est requis, c’est pourquoi on utilise des diodes à récupération rapide.
3. Diodes à barrière Schottky
Ces diodes utilisent l'”effet Schottky” provoqué par la jonction d’un métal et d’un semi-conducteur. L’effet Schottky crée une barrière (barrière Schottky) qui empêche le passage du courant à moins qu’une certaine tension ne soit appliquée, ce qui permet d’obtenir un redressement. La tension directe étant réduite, les pertes dues à la diode sont moindres, mais l’inconvénient est la faible tension de tenue.
Autres informations sur les diodes de redressement
Comment utiliser les diodes de redressement ?
Lors de la conversion du courant commercial en courant continu, il existe deux procédures, chacune ayant sa propre diode de redressement. Une diode de redressement peut être directement connectée à la ligne d’alimentation commerciale pour extraire un courant pulsé d’une valeur de crête d’environ 140V (au Japon), qui est ensuite converti en courant continu dans un circuit de lissage, puis converti à la tension souhaitée à l’aide d’un régulateur à découpage ou d’un dispositif similaire.
Dans cette méthode, l’alimentation électrique de l’ensemble du dispositif est concentrée dans un ensemble de diodes de redressement, de sorte que des diodes à courant élevé et à haute tension sont généralement utilisées. En revanche, dans la méthode où la tension est convertie à partir de l’alimentation commerciale à une tension proche de la tension souhaitée via un transformateur, et où les diodes de redressement sont connectées à la sortie du transformateur pour la convertir en courant continu, la performance de la tension de tenue devient lâche et le courant devient élevé parce que la tension gérée est plus faible.
Les dispositifs à faible tension directe, tels que les diodes à barrière Schottky, sont avantageux, d’autant plus que les pertes dues à la tension directe de la diode affectent l’efficacité énergétique.