提到低功耗、大電流、超高速半導(dǎo)體器件,很多工程師同學(xué)肯定能首先想到肖特基二極管(SBD)。但是你真的會(huì)用肖特基二極管嗎?和其他的二極管比起來(lái),肖特基二極管又有什么特別之處呢?下面跟陸妹一起來(lái)劃重點(diǎn)吧。
肖特基二極管的關(guān)鍵參數(shù)
肖特基二極管廣泛應(yīng)用于開關(guān)電源、變頻器、驅(qū)動(dòng)器等電路中。在不同的應(yīng)用中,需要考慮不同的因素,而且,不同的器件在性能上也有差別,因此,在選用肖特基二極管時(shí),下面這些關(guān)鍵參數(shù)需要綜合考慮。
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。大功率開關(guān)管工作在高頻開關(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。
肖特基二極管工作參數(shù)
肖特基二極管的選型要點(diǎn)
要根據(jù)開關(guān)電源所要輸出的電壓VO、電流IO、散熱情況、負(fù)載情況、安裝要求、所要求的溫升等確定所要選用的肖特基二極管種類。
1在一般的設(shè)計(jì)中,我們要留出一定的余量
比如,VR只用到其額定值的80%以下(特殊情況下可控制到50%以下),IF用到其額定值的40%以下。
在單端反激(FLY-BACK)開關(guān)電源中,假定一產(chǎn)品:輸入電壓VIMAX=350VDC,輸出電壓VO=5V,電流IO=1A。根據(jù)計(jì)算公式,要求整流二極管的反向電壓 VR、正向電流IF滿足下面的條件:
VR≥2VI×NS/NP
IF≥2IO/(1-θMAX)
其中:
NS/NP為變壓器次、初級(jí)匝比
θMAX為最大占空比
假設(shè),NS/NP=1/20,θMAX=0.35
則VR≥2×350/20=35(V)
IF≥2×1/(1-0.35)=3(A)
這樣,我們可以參考選用SR340或1N5822。若產(chǎn)品為風(fēng)扇冷卻,則管子可以把余量留小一些。TO220、TO3P封裝的管子有全包封、半包封之分這要根據(jù)具體情況選用。半包封管子的散熱優(yōu)于全包封的管子,但需注意其散熱器和中間管腳相通。負(fù)載若為容性負(fù)載,建議IF再留出20%的余量。
注意功率肖特基二極管的散熱和安裝形式,要搞清楚產(chǎn)品為自然冷卻還是風(fēng)扇冷卻,管子要安裝在易通風(fēng)散熱的地方,以提高產(chǎn)品的可靠性。TO-220、TO-3P型的管子與散熱器之間要加導(dǎo)熱硅脂,使管子與散熱器之間接觸良好。DO-41、DO-201AD封裝的管子可采取立式、臥式、架空等方式安裝,這要根據(jù)實(shí)際情況確定。
2正確選擇肖特基二極管的RC補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)-RC緩沖器
由于高頻變壓器的漏電感和管子的結(jié)電容在截止時(shí)形成一個(gè)諧振電路,它可導(dǎo)致瞬時(shí)過(guò)壓振蕩。因此,有必要在電源輸出中設(shè)置RC緩沖器以保護(hù)管子的安全。另外,RC網(wǎng)絡(luò)還可減少輸出噪聲,減少管子的熱耗,提高產(chǎn)品的效率和可靠性。
緩沖器的選擇原則是,既使緩沖器有效,又能盡量減少損耗。下面是參考公式:
R=√(Li/Cj)/n
式中:Li為變壓器漏電感(μH)
CJ為管子的結(jié)電容(PF)
N為原副邊匝比(NP/NS)
電容C可任意地從0.01到0.1μF之間取,具體值有實(shí)驗(yàn)確定。
如對(duì)VO=5V,可選R=5.1Ω,0.5W,C=0.01μF
IR小的管子,熱耗小,所以同樣情況下,可選擇IR小的管子。
設(shè)計(jì)PCB時(shí),要使管子及散熱器盡量遠(yuǎn)離電解電容器等對(duì)熱敏感的器件。以增加產(chǎn)品的壽命。
焊接管子的焊盤要足夠大,焊接牢靠,避免由于熱應(yīng)力造成脫焊。
肖特基二極管一旦選用后,要經(jīng)模擬實(shí)驗(yàn),在產(chǎn)品輸入、輸出最壞的情況下測(cè)量其溫升及工作波形,確認(rèn)各項(xiàng)指標(biāo)不要超過(guò)其極限參數(shù)。