深度挖掘肖特基二極體應用要點

2020-11-26 電子產品世界

　　肖特基二極體廣泛應用於開關電源中，每一個從事電子行業的人都有聽過肖特基，但我們是否真正了解,肖特基內部結構、應用範圍以及為什麼肖特基廣泛應用於高頻開關電源中?那麼下面就讓我們一起走進肖特基的世界尋找我們想要的答案。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201610/311613.htm

　　二極體有多種類型：按材料分為鍺二極體、矽二極體、砷化鎵二極體等;按管芯結構可分為面接觸二極體和點接觸二極體;按用途不同又可分為整流二極體、檢波二極體、穩壓二極體、變容二極體、光電二極體、發光二極體、開關二極體、快速恢復二極體等;按照結類型又可分為半導體結型二極體和金屬半導體結型二極體，然而肖特基二極體就屬於金屬半導體結型二極體。

　　

 

　　一、肖特基二極體的內部結構

　　肖特基(Schottky)二極體也稱肖特基勢壘二極體(簡稱SBD)，是由金屬與半導體接觸形成的勢壘層為基礎製成的二極體如圖 1所示，其主要特點是正嚮導通壓降小(約0.45V)，反向恢復時間短和開關損耗小，是一種低功耗、超高速半導體器件。肖特基二極體在結構原理上與PN結二極體有很大區別，它的內部是由陽極金屬(用鉬或鋁等材料製成的阻擋層)、二氧化矽(SiO2)電場消除材料、N-外延層(砷材料)、N型矽基片、N+陰極層及陰極金屬等構成，如圖1所示。在N型基片和陽極金屬之間形成肖特基勢壘。當在肖特基勢壘兩端加上正向偏壓(陽極金屬接電源正極，N型基片接電源負極)時，肖特基勢壘層變窄，其內阻變小;反之，若在肖特基勢壘兩端加上反向偏壓時，肖特基勢壘層則變寬，其內阻變大。

　　

 

　　圖 1

　　肖特基二極體存在的問題是耐壓比較低，反向漏電流比較大。目前應用在功率變換電路中的肖特基二極體的大體水平是耐壓在150V以下，平均電流在100A以下，反向恢復時間在10～40ns。肖特基二極體應用在高頻低壓電路中，是比較理想的。

　　二、肖特基二極體應用

　　開關電源當中我們經常會用到肖特基二極體，但是由於不同廠商等原因性能上就相差很大，我們選擇肖特基時必須要考慮以下幾點參數：

　　1、導通壓降VF

　　VF為二極體正嚮導通時二極體兩端的壓降，當通過二極體的電流越大，VF越大;當二極體溫度越高時，VF越小。

　　2、反向飽和漏電流IR

　　IR指在二極體兩端加入反向電壓時，流過二極體的電流，肖特基二極體反向漏電流較大，選擇肖特基二極體是儘量選擇IR較小的二極體。

　　3、額定電流IF

　　指二極體長期運行時，根據允許溫升折算出來的平均電流值。

　　4. 最大浪湧電流IFSM

　　允許流過的過量的正向電流。它不是正常電流，而是瞬間電流，這個值相當大。

　　5.最大反向峰值電壓VRM

　　即使沒有反向電流，只要不斷地提高反向電壓，遲早會使二極體損壞。這種能加上的反向電壓，不是瞬時電壓，而是反覆加上的正反向電壓。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覆加上的峰值電壓，VR是連續加直流電壓時的值。用於直流電路，最大直流反向電壓對於確定允許值和上限值是很重要的.

　　7.最高工作頻率fM

　　由於PN結的結電容存在，當工作頻率超過某一值時，它的單向導電性將變差。肖特基二極體的fM值較高，最大可達100GHz。

　　8.反向恢復時間Trr

　　當工作電壓從正向電壓變成反向電壓時，二極體工作的理想情況是電流能瞬時截止。實際上，一般要延遲一點點時間。決定電流截止延時的量，就是反向恢復時間。雖然它直接影響二極體的開關速度，但不一定說這個值小就好。也即當二極體由導通突然反向時，反向電流由很大衰減到接近IR時所需要的時間。大功率開關管工作在高頻開關狀態時，此項指標至為重要。

　　9. 最大耗散功率P

　　二極體中有電流流過，就會吸熱，而使自身溫度升高。在實際中外部散熱狀況對P也是影響很大。具體講就是加在二極體兩端的電壓乘以流過的電流加上反向恢復損耗。

　　三、肖特基與快恢復二極體對比

　　快恢復二極體是反向恢復時間很短的二極體(5us以下)，其正向壓降高於普通二極體(0.8~2V)反向耐壓在1200V以下，在性能上可以分為快恢復和超快恢復，後者可以達到100ns以下。

　　肖特基二極體反向恢復時間在10ns以下，反向漏電流較大，耐壓低，一般低於150V多用於低壓場合。

　　肖特基二極體和快恢復二極體區別：前者的恢復時間比後者小一百倍左右，前者的反向恢復時間大約為幾納秒。前者的優點還有低功耗，大電流，超高速;後者有較高的開關速度,同時也能得到較高的耐壓，反向漏電小，可用於電壓較高且頻率較高的場合。

　　另外肖特基二極體的ESD承受能力低於快恢復二極體。

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