肖特基二极管,属于大电流、低能耗、底电压、快半导体材料的电力电子器件。它的直接压降只有0.4V左右,反向恢复时间很短,可以小到几纳秒。整流器电流可以达到几百到几千安培。这种高质量特性是快速修复和快速修复二极管所不具备的。
肖特基二极管的原理肖特基二极管是一种金属材料/半导体元件,使用钼、金、银等贵金属。作为阳极氧化,N型半导体原料作为阴极,利用它们表面产生的势垒具有整流特性。
肖特基二极管属于五层元件,内层是以N型半导体为衬底的N外延层,上层是以砷为掺杂剂的N外延层,顶层是金属复合材料钼阳极氧化。
N型衬底具有小的开关电阻,衬底下方依次为N负电极层和金属负电极。
如下图所示:典型肖特基二极管的内部结构
近年来采用硅平面工艺制造的Al-Si肖特基二极管,不仅提高了器件主要参数的一致性,而且节约了贵金属,减少了空气体污染。
根据优化的结构和主要参数,可以在衬底和阳极氧化的金属材料之间形成合适的肖特基势垒。
当施加正偏压E时,势垒的总宽度W0减小;施加负偏置电压-E时,势垒的总宽度W0变大,如下图所示:
肖特基二极管只用一个载流子(电子器件)来传输正电荷,但未知势垒两侧没有过剩容量少数载流子的积累,所以不会有正电荷存储效应。这一特性极大地改善了功率开关的特性,反向恢复时间可降至10ns以下。但有一个缺点,就是反向耐压低,一般不超过100V,这使得它只适合在低电压大电流下工作。它的低正向压降可以提高大电流整流(或续流)电源电路的高效率。
肖特基二极管的典型光电流特性如下图所示:
如下图所示,正极导体的工作电压接近锗管和硅管的中间,但其构造原理与PN结二极管不同。
下表列出了肖特基二极管、快速修复二极管、快速修复二极管和高频硅整流器的特性:
根据二极管正向压降的精确测量,非常容易分辨出是肖特基二极管还是极快修复二极管。
一般来说,二极管的UF值是用数字万用表的二极管档来精确测量的。UF≈0.3V时为肖特基二极管,UF ≈ 0.55 ~ 0.6V时为极快修复二极管。测量值太小的原因是二极管齿轮的检测电流小(一般10mA)。
肖特基二极管的选择标准肖特基二极管适用于电源变压器的输出整流,因为其底部压降大,电流大,有利于提高电源效率。
肖特基二极管的反向最大工作电压应比较大的反向最大工作电压高2倍。
反方向最大工作电压=输出电压(次级线圈匝数/一、次级线圈匝数* DC输入最大工作电压)
肖特基二极管的平均整流电流应选择为较大连续输出电流的3倍以上。
示例:
电源变压器输出电压Uo=12V,大连续输出电流Iom=5A,大功率Pom=60W。
已知高频变压器一、二次线圈Np=54匝,二次线圈Ns=5匝,直流输入最高工作电压UImax=379V(匹配通信和交流输入269V)。
是的,反方向最大工作电压为12 (5/54 * 375) = 46.7V
获取:
肖特基二极管反向最大工作电压=2*46.7=93.4V
肖特基二极管的平均整流电流=3*5=15A
结果:
此时,摩托罗拉制造的MBR20100肖特基二极管可以满足要求。其反方向最大工作电压为 100V,平均整流电流为 20A,反向恢复时间<10ns .
【必须非常强调】
反向肖特基二极管的最大工作标准电压一般小于100V,所以只适用于底压大电流整流器。当Uo≥30V时,肖特基二极管必须换成电压超过100V的极速修复二极管,但功率效率会略有下降。
肖特基二极管的常见型号规格与主要参数