提到低功耗、大电流、超高速半导体器件,很多工程师同学肯定能首先想到肖特基二极管(SBD)。但是你真的会用肖特基二极管吗?和其他的二极管比起来,肖特基二极管又有什么特别之处呢?下面一起来划重点吧。

 

肖特基二极管的关键参数

 

肖特基二极管广泛应用于开关电源、变频器、驱动器等电路中。在不同的应用中,需要考虑不同的因素,而且,不同的器件在性能上也有差别,因此,在选用肖特基二极管时,下面这些关键参数需要综合考虑。

 

1、导通压降 VF

VF 为二极管正向导通时二极管两端的压降,当通过二极管的电流越大,VF 越大;当二极管温度越高时,VF 越小。

 

2、反向饱和漏电流 IR

IR 指在二极管两端加入反向电压时,流过二极管的电流,肖特基二极管反向漏电流较大,选择肖特基二极管是尽量选择 IR 较小的二极管。

 

3、额定电流 IF

指二极管长期运行时,根据允许温升折算出来的平均电流值。

 

4. 最大浪涌电流 IFSM 

允许流过的过量的正向电流。它不是正常电流,而是瞬间电流,这个值相当大。

 

5. 最大反向峰值电压 VRM

即使没有反向电流,只要不断地提高反向电压,迟早会使二极管损坏。这种能加上的反向电压,不是瞬时电压,而是反复加上的正反向电压。因给整流器加的是交流电压,它的最大值是规定的重要因子。最大反向峰值电压 VRM 指为避免击穿所能加的最大反向电压。目前肖特基最高的 VRM 值为 150V。

 

 

 

6. 最大直流反向电压 VR

上述最大反向峰值电压是反复加上的峰值电压,VR 是连续加直流电压时的值。用于直流电路,最大直流反向电压对于确定允许值和上限值是很重要的 .

 

7. 最高工作频率 fM

由于 PN 结的结电容存在,当工作频率超过某一值时,它的单向导电性将变差。肖特基二极管的 fM 值较高,最大可达 100GHz。

 

8. 反向恢复时间 Trr

当工作电压从正向电压变成反向电压时,二极管工作的理想情况是电流能瞬时截止。实际上,一般要延迟一点点时间。决定电流截止延时的量,就是反向恢复时间。虽然它直接影响二极管的开关速度,但不一定说这个值小就好。也即当二极管由导通突然反向时,反向电流由很大衰减到接近 IR 时所需要的时间。大功率开关管工作在高频开关状态时,此项指标至为重要。

 

9. 最大耗散功率 P

二极管中有电流流过,就会吸热,而使自身温度升高。在实际中外部散热状况对 P 也是影响很大。具体讲就是加在二极管两端的电压乘以流过的电流加上反向恢复损耗。

 

 

肖特基二极管工作参数

 

肖特基二极管的选型要点

 

要根据开关电源所要输出的电压 VO、电流 IO、散热情况、负载情况、安装要求、所要求的温升等确定所要选用的肖特基二极管种类。

 

1. 在一般的设计中,我们要留出一定的余量

比如,VR 只用到其额定值的 80%以下(特殊情况下可控制到 50%以下),IF 用到其额定值的 40%以下。

 

在单端反激(FLY-BACK)开关电源中,假定一产品:输入电压 VIMAX=350VDC,输出电压 VO=5V,电流 IO=1A。根据计算公式,要求整流二极管的反向电压 VR、正向电流 IF 满足下面的条件:

VR≥2VI×NS/NP 

IF≥2IO/(1-θMAX)

其中:

NS/NP 为变压器次、初级匝比

θMAX 为最大占空比

假设,NS/NP=1/20,θMAX=0.35

则 VR≥2×350/20=35(V)

IF≥2×1/(1-0.35)=3(A)

 

这样,我们可以参考选用 SR340 或 1N5822。若产品为风扇冷却,则管子可以把余量留小一些。TO220、TO3P 封装的管子有全包封、半包封之分这要根据具体情况选用。半包封管子的散热优于全包封的管子,但需注意其散热器和中间管脚相通。负载若为容性负载,建议 IF 再留出 20%的余量。

 

注意功率肖特基二极管的散热和安装形式,要搞清楚产品为自然冷却还是风扇冷却,管子要安装在易通风散热的地方,以提高产品的可靠性。TO-220、TO-3P 型的管子与散热器之间要加导热硅脂,使管子与散热器之间接触良好。DO-41、DO-201AD 封装的管子可采取立式、卧式、架空等方式安装,这要根据实际情况确定。

 

 

2. 正确选择肖特基二极管的 RC 补偿网络 -RC 缓冲器

由于高频变压器的漏电感和管子的结电容在截止时形成一个谐振电路,它可导致瞬时过压振荡。因此,有必要在电源输出中设置 RC 缓冲器以保护管子的安全。另外,RC 网络还可减少输出噪声,减少管子的热耗,提高产品的效率和可靠性。

 

缓冲器的选择原则是,既使缓冲器有效,又能尽量减少损耗。下面是参考公式。

R=√(Li/Cj)/n

式中:Li 为变压器漏电感(μH)

CJ 为管子的结电容(PF)

 N 为原副边匝比(NP/NS) 

电容 C 可任意地从 0.01 到 0.1μF 之间取,具体值有实验确定。

如对 VO=5V,可选 R=5.1Ω,0.5W,C=0.01μF

IR 小的管子,热耗小,所以同样情况下,可选择 IR 小的管子。

 

设计 PCB 时,要使管子及散热器尽量远离电解电容器等对热敏感的器件。以增加产品的寿命。

 

焊接管子的焊盘要足够大,焊接牢靠,避免由于热应力造成脱焊。

 

肖特基二极管一旦选用后,要经模拟实验,在产品输入、输出最坏的情况下测量其温升及工作波形,确认各项指标不要超过其极限参数。