肖特基二極管廣泛應(yīng)用于開(kāi)關(guān)電源中,每一個(gè)從事電子行業(yè)的人都有聽(tīng)過(guò)肖特基,但我們是否真正了解,肖特基內(nèi)部結(jié)構(gòu)、應(yīng)用范圍以及為什么肖特基廣泛應(yīng)用于高頻開(kāi)關(guān)電源中?那么下面就讓我們一起走進(jìn)肖特基的世界尋找我們想要的答案。
二極管有多種類(lèi)型:按材料分為鍺二極管、硅二極管、砷化鎵二極管等;按管芯結(jié)構(gòu)可分為面接觸二極管和點(diǎn)接觸二極管;按用途不同又可分為整流二極管、檢波二極管、穩(wěn)壓二極管、變?nèi)荻O管、光電二極管、發(fā)光二極管、開(kāi)關(guān)二極管、快速恢復(fù)二極管等;按照結(jié)類(lèi)型又可分為半導(dǎo)體結(jié)型二極管和金屬半導(dǎo)體結(jié)型二極管,然而肖特基二極管就屬于金屬半導(dǎo)體結(jié)型二極管。
一、肖特基二極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)
肖特基(Schottky)二極管也稱(chēng)肖特基勢(shì)壘二極管(簡(jiǎn)稱(chēng)SBD),是由金屬與半導(dǎo)體接觸形成的勢(shì)壘層為基礎(chǔ)制成的二極管如圖 1所示,其主要特點(diǎn)是正向?qū)▔航敌。s0.45V),反向恢復(fù)時(shí)間短和開(kāi)關(guān)損耗小,是一種低功耗、超高速半導(dǎo)體器件。肖特基二極管在結(jié)構(gòu)原理上與PN結(jié)二極管有很大區(qū)別,它的內(nèi)部是由陽(yáng)極金屬(用鉬或鋁等材料制成的阻擋層)、二氧化硅(SiO2)電場(chǎng)消除材料、N-外延層(砷材料)、N型硅基片、N+陰極層及陰極金屬等構(gòu)成,如圖1所示。在N型基片和陽(yáng)極金屬之間形成肖特基勢(shì)壘。當(dāng)在肖特基勢(shì)壘兩端加上正向偏壓(陽(yáng)極金屬接電源正極,N型基片接電源負(fù)極)時(shí),肖特基勢(shì)壘層變窄,其內(nèi)阻變小;反之,若在肖特基勢(shì)壘兩端加上反向偏壓時(shí),肖特基勢(shì)壘層則變寬,其內(nèi)阻變大。
圖 1
肖特基二極管
肖特基二極管存在的問(wèn)題是耐壓比較低,反向漏電流比較大。目前應(yīng)用在功率變換電路中的肖特基二極管的大體水平是耐壓在150V以下,平均電流在100A以下,反向恢復(fù)時(shí)間在10~40ns。肖特基二極管應(yīng)用在高頻低壓電路中,是比較理想的。
二、肖特基二極管應(yīng)用
開(kāi)關(guān)電源當(dāng)中我們經(jīng)常會(huì)用到肖特基二極管,但是由于不同廠(chǎng)商等原因性能上就相差很大,我們選擇肖特基時(shí)必須要考慮以下幾點(diǎn)參數(shù):
1、導(dǎo)通壓降VF
VF為二極管正向?qū)〞r(shí)二極管兩端的壓降,當(dāng)通過(guò)二極管的電流越大,VF越大;當(dāng)二極管溫度越高時(shí),VF越小。
2、反向飽和漏電流IR
IR指在二極管兩端加入反向電壓時(shí),流過(guò)二極管的電流,肖特基二極管反向漏電流較大,選擇肖特基二極管是盡量選擇IR較小的二極管。
3、額定電流IF
指二極管長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí),根據(jù)允許溫升折算出來(lái)的平均電流值。
4. 最大浪涌電流IFSM
允許流過(guò)的過(guò)量的正向電流。它不是正常電流,而是瞬間電流,這個(gè)值相當(dāng)大。
5.最大反向峰值電壓VRM
即使沒(méi)有反向電流,只要不斷地提高反向電壓,遲早會(huì)使二極管損壞。這種能加上的反向電壓,不是瞬時(shí)電壓,而是反復(fù)加上的正反向電壓。因給整流器加的是交流電壓,它的最大值是規(guī)定的重要因子。最大反向峰值電壓VRM指為避免擊穿所能加的最大反向電壓。目前肖特基最高的VRM值為150V。
6. 最大直流反向電壓VR
上述最大反向峰值電壓是反復(fù)加上的峰值電壓,VR是連續(xù)加直流電壓時(shí)的值。用于直流電路,最大直流反向電壓對(duì)于確定允許值和上限值是很重要的.
7.最高工作頻率fM
由于PN結(jié)的結(jié)電容存在,當(dāng)工作頻率超過(guò)某一值時(shí),它的單向?qū)щ娦詫⒆儾睢Pぬ鼗O管的fM值較高,最大可達(dá)100GHz。
8.反向恢復(fù)時(shí)間Trr
當(dāng)工作電壓從正向電壓變成反向電壓時(shí),二極管工作的理想情況是電流能瞬時(shí)截止。實(shí)際上,一般要延遲一點(diǎn)點(diǎn)時(shí)間。決定電流截止延時(shí)的量,就是反向恢復(fù)時(shí)間。雖然它直接影響二極管的開(kāi)關(guān)速度,但不一定說(shuō)這個(gè)值小就好。也即當(dāng)二極管由導(dǎo)通突然反向時(shí),反向電流由很大衰減到接近IR時(shí)所需要的時(shí)間。大功率開(kāi)關(guān)管工作在高頻開(kāi)關(guān)狀態(tài)時(shí),此項(xiàng)指標(biāo)至為重要。
9. 最大耗散功率P
二極管中有電流流過(guò),就會(huì)吸熱,而使自身溫度升高。在實(shí)際中外部散熱狀況對(duì)P也是影響很大。具體講就是加在二極管兩端的電壓乘以流過(guò)的電流加上反向恢復(fù)損耗。
三、肖特基與快恢復(fù)二極管對(duì)比
快恢復(fù)二極管是反向恢復(fù)時(shí)間很短的二極管(5us以下),其正向壓降高于普通二極管(0.8~2V)反向耐壓在1200V以下,在性能上可以分為快恢復(fù)和超快恢復(fù),后者可以達(dá)到100ns以下。
肖特基二極管反向恢復(fù)時(shí)間在10ns以下,反向漏電流較大,耐壓低,一般低于150V多用于低壓場(chǎng)合。
肖特基二極管和快恢復(fù)二極管區(qū)別:前者的恢復(fù)時(shí)間比后者小一百倍左右,前者的反向恢復(fù)時(shí)間大約為幾納秒。前者的優(yōu)點(diǎn)還有低功耗,大電流,超高速;后者有較高的開(kāi)關(guān)速度,同時(shí)也能得到較高的耐壓,反向漏電小,可用于電壓較高且頻率較高的場(chǎng)合。
另外肖特基二極管的ESD承受能力低于快恢復(fù)二極管。
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