一文读懂肖特基二极管的原理、优势缺点及应用

2022-02-24 08:04分类：电子元器件阅读：

肖特基二极管是以其发明者肖特基博士研究生（Schottky）取名的，是肖特基势垒二极管（Schottky Barrier Diode，缩写成SBD）的通称。

肖特基二极管原理及构造

和其余的二极管比起來，肖特基二极管有哪些尤其的呢？

SBD并不是运用P型半导体与N型半导体触碰产生PN结基本原理制造的，只是运用金属材料与半导体材料触碰产生的金属材料-半导体材料结基本原理制造的。因而，SBD也称之为金属材料-半导体材料（触碰）二极管或外表能隙二极管，它是一种热自由电子二极管。

典型性的肖特基稳压管的內部线路构造是以N型半导体为硅片，在上面产生用砷作掺杂剂的N-外延性层。阳极氧化应用钼或铝等材质做成阻档层。用二氧化硅（SiO2）来解决边沿地区的静电场，提升管道的抗压值。N型硅片具备不大的通态电阻器，其夹杂浓度值较H-层要高100%倍。在硅片下面产生N 负极层，其功效是减少负极的回路电阻。根据优化结构主要参数，N型硅片和阳极氧化金属材料中间便产生肖特基势垒，如下图所示。当在肖特基势垒两边再加上正方向偏压（阳极氧化金属材料插线正级，N型硅片插线负级）时，肖特基势垒层变小，其阻值缩小；相反，若在肖特基势垒两边再加上反方向偏压时，肖特基势垒层则变大，其内电阻增大。

肖特基稳压管仅用一种自由电子（电子器件）运输正电荷，在能隙两侧无产能过剩极少数自由电子的累积，因而，不会有正电荷存储难题（Qrr→0），使电源开关特点得到时显改进。其反向恢复時间已能缩减到10ns之内。但它的方向抗压值较低，一般不超过去时100V。因而适合在低电压、大电流量状况下工作中。运用其低电压降这特性，能提升低电压、大电流量整流器（或续流）电源电路的高效率。

肖特基二极管的封裝

肖特基二极管分成有导线和表层安裝（帖片）二种封装类型。选用有导线式封裝的肖特基二极管一般做为高频率大电流量整流二极管、续流二极管或维护二极管应用。它有短管式和对管（双二极管）式二种封装类型。肖特基对管又有共阴（两管的负级相接）、共阳（两管的阳极相接）和串连（一只二极管的阳极接另一只二极管的负级）三种引脚引出来方法。

选用表层封裝的肖特基二极管有单管系统型、双管形和三管形等多种多样封装类型，有A~19种引脚引出来方法。

肖特基二极管的优点

SBD的具体优势包含2个层面：

1）因为肖特基势垒高宽比小于PN结势垒高度，所以正指导通与正方向损耗都比PN结二极管低（约低0.2V）。

2）因为SBD是一种大部分自由电子导电性元器件，不会有少部分自由电子使用寿命和反向恢复难题。SBD的反向恢复時间仅仅肖特基势垒电容器的充、充放电時间，彻底有别于PN结二极管的反向恢复時间。因为SBD的反向恢复正电荷很少，故电源开关速率特别快，开关损耗也尤其小，特别是在适用于高频率运用。

肖特基二极管的缺陷

肖特基二极体较大的缺陷是其反方向偏压较低及反方向泄露电流偏大，像应用硅及金属材料为原材料的肖特基二极管，其反方向偏压额定值抗压最大只到 50V，而反方向漏电流为正溫度特点，非常容易伴随着气温上升而急聚增大，操作实务设计方案上特别注意其热失灵的隐患。为了更好地防止以上的难题，肖特基二极体具体应用时的反方向偏压都是会比其额定电流小许多。自然，伴随着生产工艺和肖特基二极管技术性的发展，其反方向偏压的额定电流也再提升。

肖特基二极管的主要主要参数

肖特基二极管运用普遍，特别是在开关电源电路之中。在不一样的使用中，必须考虑到不一样的要素，并且，不一样的元器件在功能上也是有区别，因而，在采用肖特基二极管时，下边那些主要参数必须整体考虑到。

1、通断损耗VF

VF为二极管正指导通时二极管两边的损耗，当根据二极管的电流量越大，VF越大;当二极管溫度越高时，VF越小。

2、反方向饱合泄露电流IR

IR指在二极管两边添加反方向工作电压时，穿过二极管的电流量，肖特基二极管反方向泄露电流很大，挑选肖特基二极管是尽可能挑选IR较小的二极管。

3、额定电压IF

指二极管长期性运转时，依据容许升温换算出去的均值电流。

4. 较大浪涌电压IFSM

容许穿过的过多的正面电流量。它没有一切正常电流量，只是一瞬间电流量，这一值非常大。

5.较大反方向最高值工作电压VRM

即便沒有反方向电流量，只需不断提升反方向工作电压，终究会使二极管毁坏。这类能再加上的方向工作电压，并不是瞬间工作电压，只是不断再加上的正反面向工作电压。因给电子整流器加的是交流电流，它的极值是要求的主要因素。较大反方向最高值工作电压VRM即为防止穿透能够加的最高逆向工作电压。现阶段肖特基最大的VRM值为150V。

6. 较大直流电反方向工作电压VR

以上较大反方向最高值工作电压是不断再加上的最高值工作电压，VR是持续加交流电压时的值。用以直流电路，较大直流电反方向工作电压针对明确规定值和上限制值是很重要的。

7.最大输出功率fM

因为PN结的结电容存有，当输出功率超出某一值时，它的单边导电率将下降。肖特基二极管的fM值较高，较大可以达到100GHz。

8.反向恢复時间Trr

当工作标准电压从正方向工作电压变为反方向工作电压时，二极管工作中的满意状况是电流量能瞬间截至。事实上，一般要延迟时间一点点時间。决策电流量截至延迟的量，便是反向恢复時间。尽管它可以直接危害二极管的按钮速率，但不一定说这一值小就行。也即当二极管由通断忽然反方向时，反方向电流量由非常大衰减系数到贴近IR时需需用的時间。功率大的开关管工作中在高频开关情况时，该项指标值至为关键。

9. 较大损耗输出功率P

二极管中有电流量穿过，便会吸热反应，而使本身溫度上升。在具体中外界排热情况对P也是危害非常大。实际讲便是加在二极管两边的工作电压乘于穿过的电流量再加上反向恢复耗损。

肖特基二极管在开关电源电路中的运用

开关电源电路有变压器线圈、高频率电容器、高原反应压功率大的晶体三极管、输出功率整流二极管、操纵IC等关键构件构成。次级线圈整流二极管做为能耗构件，耗损大，（约占开关电源功能损耗的30%），发烫高，它的选择对开关电源的整机速率和可靠性指标是十分重要的要素，这就规定整流二极管在快速大电流量运行状态下应具备正方向损耗VF小、反方向反方向走电IR小、修复時间Trr短的特点。

针对低电压大工作电流的高频率整流器，肖特基二极管是最好的挑选（这时候因为其反方向抗压较低），最常见的是做为±5V、±12V、±15V的整流器输出管。（如计算机电源的 5V輸出大多数选用SR3040， 12V輸出选用SR1660）再再加上肖特基二极管的顺向损耗VF与结温TJ展现负温度系数，因此用其制作的开关电源电路高效率，升温低，噪音小，稳定性高。

下边是在实际运用中应留意的难题：

1．肖特基二极管的型号选择

要依据开关电源电路所要导出的工作电压VO、电流量IO、排热状况、负荷状况、安裝规定、所规定的升温等明确所要采用的肖特基二极管种类。

在一般的制定中，我们要空出一定的容量。例如，VR仅用到其额定电压的80%下列（特殊情况下可调节到50%下列），IF使用其额定电压的40%下列。

在单端反激（FLY-BACK）开关电源电路中，假设一商品：键入工作电压VIMAX=350VDC，输出电压VO=5V，电流量IO=1A。如下图所示。

依据计算方法，规定整流二极管的方向工作电压 VR、正方向电流量IF达到接下来的标准：

VR≥2VI&TImes;NS/NP

IF≥2IO/（1-θMAX）

在其中：

NS/NP为变电器次、初中级匝比

θMAX为较大 pwm占空比

假定，NS/NP=1/20，θMAX=0.35

则VR≥2&TImes;350/20=35（V）

IF≥2&TImes;1/（1-0.35）=3（A）

那样，我们可以参照采用SR340或1N5822。若商品为风机制冷，则管道能够把容量留小一些。TO220、TO3P封裝的钢管有全包裹、半包裹之分这要依据实际情况采用。

半包裹管道的排热好于全包裹的管道，但特别注意其热管散热器和正中间引脚互通。

负荷若为溶性负荷，提议IF再空出20%的容量。

留意输出功率肖特基二极管的排热和安裝方式，要弄清楚商品为当然制冷或是风机制冷，管道要安裝在易自然通风排热的地区，以增强企业产品的稳定性。TO-220、TO-3P型的管道与热管散热器中间得加导热硅胶，使管道与热管散热器中间触碰优良。DO-41、DO-201AD封裝的管道可采用立柱式、立式、空架等方法安裝，这要依据具体情况明确。

2.恰当挑选肖特基二极管的RC赔偿互联网-RC油压缓冲器

因为变压器线圈的走电感和管道的结电容在截至时产生一个耦合电路，它可造成瞬间过电压震荡。因而，必须在开关电源輸出中设定RC油压缓冲器以维护管道的安全性。此外，RC互联网还可降低輸出噪音，降低管道的热耗，提升企业产品的效果和稳定性。如上图所述所显示。

油压缓冲器的挑选标准是，即便油压缓冲器合理，又能尽量避免耗损。下边是参照公式计算。

R=√（Li/Cj）/n

式中：Li为变电器走电感（μH）

CJ为管道的结电容（PF）

N为原副边匝比（NP/NS）

电容器C可随意地从0.01到0.1μF中间取，实际值有试验明确。

如对VO=5V，可选择R=5.1Ω，0.5W，C=0.01μF

尽可能挑选IR小的肖特基二极管

IR小的管道，热耗小，因此一样状况下，要挑选IR小的管道。

设计方案PCB时，要使管道及热管散热器尽可能避开电解电容等对热敏感的元器件。以提升商品的使用寿命。