硬件設(shè)計(jì) | 肖特基二極管
[導(dǎo)讀]注|文末留言有福利提到低功耗、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）。但是你真的會用肖特基二極管嗎？和其他的二極管比起來，肖特基二極管又有什么特別之處呢？下面一起來劃重點(diǎn)吧！01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)...
注| 文末留言有福利
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）。但是你真的會用肖特基二極管嗎？和其他的二極管比起來，肖特基二極管又有什么特別之處呢？下面一起來劃重點(diǎn)吧！
01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)器等一些電路中，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。? ?
01導(dǎo)通壓降VFVF為二極管正向?qū)〞r(shí)二極管兩端的壓降，當(dāng)通過二極管的電流越大，VF越大；當(dāng)二極管溫度越高時(shí)，VF越小。? ?
02反向飽和漏電流IRIR指在二極管兩端加入反向電壓時(shí)，流過二極管的電流，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。? ?
03額定電流IF指二極管長期運(yùn)行時(shí)，根據(jù)允許溫升折算出來的平均電流值。? ?04最大浪涌電流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(gè)值相當(dāng)大。??
05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。06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于確定允許值和上限值是很重要的。
07最高工作頻率fM由于PN結(jié)的結(jié)電容存在，當(dāng)工作頻率超過某一值時(shí)，它的單向?qū)щ娦詫⒆儾?，肖特基二極管的fM值較高，最大可達(dá)100GHz。? ?
08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的時(shí)候，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)的時(shí)間的，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。?
09最大耗散功率P二極管中有電流流過，就會吸熱，而使自身溫度升高，在實(shí)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管兩端的電壓乘以流過的電流加上反向恢復(fù)損耗。?
02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。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。
另外，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：既要緩沖器有效，又要能盡量減少損耗，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,具體值由實(shí)驗(yàn)確定，如對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。# 留言區(qū)福利 #
文末留言點(diǎn)贊數(shù)第一位的讀者，將直接包郵獲贈電烙鐵，外觀設(shè)計(jì)新穎，不銹鋼外殼，性能穩(wěn)定，雙線圈發(fā)熱件設(shè)計(jì)，防止局部溫度增加，PBT塑膠手柄，加速散熱。截止時(shí)間：04月28日15:00，獲獎(jiǎng)?wù)咝?4月28日當(dāng)天添加小編微信Huang-Y2120領(lǐng)取，過時(shí)作廢！且每個(gè)微信ID兩周內(nèi)，免費(fèi)限領(lǐng)一次。
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）。但是你真的會用肖特基二極管嗎？和其他的二極管比起來，肖特基二極管又有什么特別之處呢？下面一起來劃重點(diǎn)吧！
01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)器等一些電路中，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。? ?
01導(dǎo)通壓降VFVF為二極管正向?qū)〞r(shí)二極管兩端的壓降，當(dāng)通過二極管的電流越大，VF越大；當(dāng)二極管溫度越高時(shí)，VF越小。? ?
02反向飽和漏電流IRIR指在二極管兩端加入反向電壓時(shí)，流過二極管的電流，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。? ?
03額定電流IF指二極管長期運(yùn)行時(shí)，根據(jù)允許溫升折算出來的平均電流值。? ?04最大浪涌電流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(gè)值相當(dāng)大。??
05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。06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于確定允許值和上限值是很重要的。
07最高工作頻率fM由于PN結(jié)的結(jié)電容存在，當(dāng)工作頻率超過某一值時(shí)，它的單向?qū)щ娦詫⒆儾?，肖特基二極管的fM值較高，最大可達(dá)100GHz。? ?
08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的時(shí)候，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)的時(shí)間的，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。?
09最大耗散功率P二極管中有電流流過，就會吸熱，而使自身溫度升高，在實(shí)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管兩端的電壓乘以流過的電流加上反向恢復(fù)損耗。?
02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。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。
另外，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：既要緩沖器有效，又要能盡量減少損耗，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,具體值由實(shí)驗(yàn)確定，如對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。# 留言區(qū)福利 #
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