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如果不說 你會特別留意肖特基二極管的這些參數(shù)嗎?

發(fā)布時間:2023-11-21 責任編輯:lina

【導讀】我們在肖特基二極管設計過程中,肖特基二極管與普通二極管有什么區(qū)別,有哪些參數(shù)與特點我們需要留意。本文分享那些電感容易忽略關鍵參數(shù)。


我們在肖特基二極管設計過程中,肖特基二極管與普通二極管有什么區(qū)別,有哪些參數(shù)與特點我們需要留意。本文分享那些電感容易忽略關鍵參數(shù)。


1. 什么是肖特基二極管


肖特基二極管即熱載流子二極管,是基于金屬-半導體結制造而成。


肖特基二極管結構:


肖特基二極管的結構與普通二極管有所不同。肖特基二極管使用的是鍵合到N型摻雜材料中的單層薄金屬,而不是雙層摻雜半導體材料。這種金屬與N型半導體層疊的組合也稱為M-S結(金屬-半導體結)。

結構上與普通二極管的區(qū)別


如果不說 你會特別留意肖特基二極管的這些參數(shù)嗎?


這種金屬可以是貴金屬中的任何一種(如鉑、鎢、金等),具體取決于廠商的絕密配方。


結的金屬側形成了陽極,半導體側成為陰極。正向偏壓時,肖特基二極管的最大正向壓降在 0.2 至 0.5 伏特范圍內(nèi),具體取決于正向電流和二極管類型。當肖特基二極管與電源串聯(lián)使用時,例如在反向電壓保護電路中,這樣的低正向壓降是非常有用的,因為它能夠降低功率損耗。

符號上與普通二極管的區(qū)別

如果不說 你會特別留意肖特基二極管的這些參數(shù)嗎?


圖 3:肖特基二極管的物理結構基于金屬- N 型半導體結,因而具有很低的正向壓降和極快的開關速度。


2. 特性與參數(shù)


舉例:onsemi NSR0340HT1G

反向電壓

反向電壓一般指的是反向偏置方向上可以施加到器件上,而不引起擊穿的最大電壓。

以 onsemi NSR0340HT1G 舉例,數(shù)據(jù)手冊中的反向電壓為40V,



如果不說 你會特別留意肖特基二極管的這些參數(shù)嗎?


與普通二極管相比,肖特基二極管由于耗盡區(qū)較窄,無法承受高反向電壓;一段肖特基二極管反向電壓范圍在50V以內(nèi),而普通二極管的電壓范圍可以到500V甚至上千伏不等。


正向電流


正向電流,一般指的是指的是通過器件的最大允許時間平均電流量。


以 onsemi NSR0340HT1G 舉例,數(shù)據(jù)手冊中的正向電流典型值為250mA



如果不說 你會特別留意肖特基二極管的這些參數(shù)嗎?


正向電流也不是一直不變的,溫度以及正向電壓越大,正向電流越大。



如果不說 你會特別留意肖特基二極管的這些參數(shù)嗎?


與類似規(guī)格的普通二極管相比,一般來說,肖特基二極管在高功率應用中的功耗更低且散熱效率更高。


正向電壓


二極管不是無損器件;當正向偏置方向攜帶電流時,會出現(xiàn)一些壓降,這被稱為器件的正向電壓。正向壓降會隨著正向電流調整。正向電流越大,正向電壓也越大。


以 onsemi NSR0340HT1G 舉例,數(shù)據(jù)手冊中的正向電壓:

當正向電流10mA的時候,正向電壓典型值320mV

當正向電流100mA的時候,正向電壓典型值415mV



如果不說 你會特別留意肖特基二極管的這些參數(shù)嗎?


肖特基二極管與標準二極管相比,因為它是使用金屬-半導體結而不是不同摻雜的半導體區(qū)域的結來構造的,通常具有較低的正向電壓特性。


在正向偏壓時,肖特基二極管只需0.3-0.4 伏即可開始導通,而普通二極管則需要0.6-0.7伏。這在必須節(jié)能的應用中非常有益,如電池驅動和太陽能電池應用。


借助低正向電壓的優(yōu)勢,肖特基二極管可以有效地保護敏感器件不受過電壓的影響。


漏電流


在一定的反向偏置下流過二極管的電流不足以引起反向擊穿,稱為漏電流。漏電流不是一直不變的。一般情況下,漏電流通常會隨著溫度和施加的反向偏置電壓的量而增加。


肖特基二極管與標準二極管相比,以及隨之而來的漏電流較高、電氣穩(wěn)定性和長期可靠性較低。


以 onsemi NSR0340HT1G 舉例,數(shù)據(jù)手冊中的漏電流:

當反向電壓等于10V時,漏電流的典型值為0.2uA

當反向電壓等于25V時,漏電流的典型值為0.4uA

當反向電壓等于40V時,漏電流的典型值為1.3uA

當正向電流200mA的時候,正向電壓典型值470mV



如果不說 你會特別留意肖特基二極管的這些參數(shù)嗎?


下面這張圖,我們可以清楚的看到漏電流隨著反向電壓以及溫度的變化而變化。



如果不說 你會特別留意肖特基二極管的這些參數(shù)嗎?


我們可能會發(fā)現(xiàn),當反向電壓很高,溫度很高的時候,漏電流幾乎以指數(shù)的方式往上升。這個時候,之前可以忽略不計的漏電流無法忽視了。稍不注意,就可能導致熱失控的情況,從而導致器件升溫,引起進一步的漏電流,然后惡性循環(huán)直至器件損壞。


作為一個粗略的經(jīng)驗法則,當溫度每升高10°C,漏電流就會增加一倍。如果為25°C的器件溫度提供漏電流特性(這是常見的),當器件溫度接近其額定最大溫度時,應該準備好觀測值大約高出1000倍。


結電容


當反向偏壓時,二極管兩端的區(qū)域就像電容的電極一樣。由于結的厚度在物理上相當小,因此產(chǎn)生的電容量可以是顯著的,并且由于其有效厚度隨施加的反向電壓的量而變化,因此結電容也依賴于電壓。



如果不說 你會特別留意肖特基二極管的這些參數(shù)嗎?


這種現(xiàn)象通常被利用來制造可變電容,并經(jīng)常用于RF應用,但在其他用例中,它只是另一個隱藏的寄生元件,很容易被忽視,直到它引起問題。


以 onsemi NSR0340HT1G 舉例,數(shù)據(jù)手冊中的結電容:

在反向電壓為10V,頻率為1MHz的時候,結電容典型值為6pF



如果不說 你會特別留意肖特基二極管的這些參數(shù)嗎?


肖特基二極管的窄耗盡區(qū),可形成低電容二極管。這意味著,與普通二極管相比,肖特基二極管可避免嗡嗡聲和其他電容噪聲,因此肖特基二極管成為RF電路的首選。


恢復時間


二極管表現(xiàn)出一個實質性的反向恢復現(xiàn)象,其中從正向偏壓過渡到反向偏壓狀態(tài)的過程涉及一個短暫的電流通過器件的反向方向,在顯著高于穩(wěn)態(tài)漏電流的水平。


受影響的器件通常根據(jù)該恢復周期的時間持續(xù)時間進行分類或描述,例如“快速恢復”或“超快速恢復”,并進一步根據(jù)恢復過程中通過器件的電流波形的特征形狀進行分類或描述,例如“軟恢復”。


以 onsemi NSR0340HT1G 舉例,數(shù)據(jù)手冊中的恢復時間:



如果不說 你會特別留意肖特基二極管的這些參數(shù)嗎?


肖特基二極管常用于高效率電源和直流-直流電壓轉換器電路內(nèi),得益于其效率高且恢復時間短。


3. 肖特基二極管電源上的應用


肖特基二極管的另外一個重要特性是非??斓拈_關速度。從打開狀態(tài)切換為關閉狀態(tài)時,標準二極管需要花費一定時間來消除耗盡層的電荷,與之不同的是,肖特基二極管的金屬-半導體結沒有相關的耗盡層。


與硅結二極管相比,肖特基二極管的峰值反向電壓額定值受到限制。因此它們通常限定用于低壓開關模式電源。onsemi 的 1N5822RLG 峰值反向電壓 (PRV) 額定值高達 40 V,最大正向電流為 3 A。它可應用于開關模式電源的多個領域(圖 4)。



如果不說 你會特別留意肖特基二極管的這些參數(shù)嗎?


肖特基二極管在開關模式電源中的典型應用示例,包括用于逆功率保護 (D1) 和瞬態(tài)抑制 (D2)。


肖特基二極管可用于保護穩(wěn)壓器電路,防止在輸入端意外施加反極性。本例中的二極管 D1 正是用于此用途。該二極管在此應用中的主要優(yōu)勢是正向壓降較低。肖特基二極管(本例中的 D2)另一個更重要的功能是,在開關關閉時提供返回路徑,讓電流流過電感器 L1。D2 必須是使用較短的低電感連線連接的快速二極管,才能實現(xiàn)這項功能。在低電壓電源的這項應用中,肖特基二極管具有極佳的性能。


肖特基二極管還可應用于 RF 設計,它們的快速開關、低正向壓降、低電容特性使其非常適用于檢測器和采樣保持開關。


4. 總結


肖特基二極管的優(yōu)缺點都非常明顯。肖特基二極管有著低正向電壓, 高速開關, 低噪聲, 低功耗的優(yōu)勢,我們常常可以在電壓箝位,開關模式電源,電池供電器件等應用中看到他的身影。另一方面,肖特基二極管的缺點也很顯著,漏電流大,反向電壓較低,我們一定要在設計中格外小心。


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