高压肖特基二极管的特点及工作原理

Release time：2022-04-21
author：Ameya360
source：网络
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　　二极管，是我们耳闻已久的电子器件。根据标准不同，二极管可以分为稳压二极管、肖特基二极管、光电二极管、贴片二极管等等。高压肖特基二极管，制造中采用的主要工艺技术有：硅外延衬底、Ｐ＋环技术、势垒金属与硅的合金技术，器件采用双芯片、共阴极，塑料半包封结构。本文Ameya360电子元器件采购网将简述高压肖特基二极管的特点及工作原理。

高压肖特基二极管的特点及工作原理

　　高压肖特基二极管的工作原理

　　肖特基二极管是贵金属(金、银、铝、铂等)A为正极，以N型半导体B为负极，利用二者接触面上形成的势垒具有整流特性而制成的金属-半导体器件。因为N型半导体中存在着大量的电子，贵金属中仅有极少量的自由电子，所以电子便从浓度高的B中向浓度低的A中扩散。显然，金属A中没有空穴，也就不存在空穴自A向B的扩散运动。随着电子不断从B扩散到A，B表面电子浓度逐渐降低，表面电中性被破坏，于是就形成势垒，其电场方向为B→A。但在该电场作用之下，A中的电子也会产生从A→B的漂移运动，从而消弱了由于扩散运动而形成的电场。当建立起一定宽度的空间电荷区后，电场引起的电子漂移运动和浓度不同引起的电子扩散运动达到相对的平衡，便形成了肖特基势垒。

　　肖特基二极管典型的肖特基整流管的内部电路结构是以N型半导体为基片，在上面形成用砷作掺杂剂的N-外延层。阳极使用钼或铝等材料制成阻档层。用二氧化硅(SiO2)来消除边缘区域的电场，提高管子的耐压值。N型基片具有很小的通态电阻，其掺杂浓度较H-层要高100%倍。在基片下边形成N+阴极层，其作用是减小阴极的接触电阻。通过调整结构参数，N型基片和阳极金属之间便形成肖特基势垒，如图所示。当在肖特基势垒两端加上正向偏压(阳极金属接电源正极，N型基片接电源负极)时，肖特基势垒层变窄，其内阻变小;反之，若在肖特基势垒两端加上反向偏压时，肖特基势垒层则变宽，其内阻变大。

　　肖特基二极管的特点

　　优点

　　1）由于肖特基势垒高度低于PN结势垒高度，故其正向导通门限电压和正向压降都比PN结二极管低（约低0.2V）。

　　2）由于SBD是一种多数载流子导电器件，不存在少数载流子寿命和反向恢复问题。SBD的反向恢复时间只是肖特基势垒电容的充、放电时间，完全不同于PN结二极管的反向恢复时间。由于SBD的反向恢复电荷非常少，故开关速度非常快，开关损耗也特别小，尤其适合于高频应用。但是，由于SBD的反向势垒较薄，并且在其表面极易发生击穿，所以反向击穿电压比较低。由于SBD比PN结二极管更容易受热击穿，反向漏电流比PN结二极管大。

　　3）SBD具有开关频率高和正向压降低等优点，但其反向击穿电压比较低，大多不高于60V，最高仅约100V，以致于限制了其应用范围。像在开关电源（SMPS）和功率因数校正（PFC）电路中功率开关器件的续流二极管、变压器次级用100V以上的高频整流二极管、RCD缓冲器电路中用600V～1.2kV的高速二极管以及PFC升压用600V二极管等，只有使用快速恢复外延二极管（FRED）和超快速恢复二极管（UFRD）。UFRD的反向恢复时间Trr也在20ns以上，根本不能满足像空间站等领域用1MHz～3MHz的SMPS需要。即使是硬开关为100kHz的SMPS，由于UFRD的导通损耗和开关损耗均较大，壳温很高，需用较大的散热器，从而使SMPS体积和重量增加，不符合小型化和轻薄化的发展趋势。因此，发展100V以上的高压SBD，一直是人们研究的课题和关注的热点。近几年，SBD已取得了突破性的进展，150V和 200V的高压SBD已经上市，使用新型材料制作的超过1kV的SBD也研制成功，从而为其应用注入了新的生机与活力。

　　缺点

　　肖特基二极体最大的缺点是其反向偏压较低及反向漏电流偏大，像使用硅及金属为材料的肖特基二极体，其反向偏压额定耐压最高只到 50V，而反向漏电流值为正温度特性，容易随着温度升高而急遽变大，实务设计上需注意其热失控的隐忧。为了避免上述的问题，肖特基二极体实际使用时的反向偏压都会比其额定值小很多。不过肖特基二极体的技术也已有了进步，其反向偏压的额定值最大可以到200V。

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TVS二极管和齐纳二极管的区别
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TVS二极管和齐纳二极管的区别

　　TVS(Transient Voltage Suppressors)二极管和齐纳二极管都具有在施加反向电压后，在某一电压下击穿、钳制电压的特性。本 应用笔记将对 TVS 二极管和齐纳二极管的区别予以说明。I-V 特性上的使用范围区别Figure 1 是齐纳二极管的 I-V 特性，Figure 2 是 TVS 二极管的 I-V 特性。这两个二极管都利用了反方向特性这一点，但是齐纳 二极管主要用于稳压用途，所以设计成在 1mA 到 40mA 这样 的小电流区域电压稳定，不能流过大电流(Figure 1 的阴影部 分)。在击穿区域内施加指定的小电流 IZ 时，二极管两端电压值 被规定为齐纳电压 VZ。齐纳二极管通常在使用时处于击穿状态。　　对于 TVS 二极管，为了不妨碍保护电路的驱动电压，通常使 用在切断电压 VRWM 以下电压范围内(Figure 2 右侧的阴影部 分)。然后，施加浪涌等过电压时会击穿、流过数 A 到数十 A 的电流(左侧的阴影部分)。由于通常情况下不可以击穿，因此规定了绝对不会引起击穿的 电压最大值即截至电压 VRWM 和击穿电压 VBR 两种。　　由于击穿电压 VBR 与齐纳电压 VZ 一样使用小电流进行测量，因 此与实际应用条件下的雪崩电压不同。因此，将流过大电流时 的最大击穿电压规定为钳位电压 VCL。Datasheet 上参数定义的区别TVS 二极管和齐纳二极管的 datasheet 上规定的差异如 Table 1 所示。在前面中也说明过，由于齐纳二极管主要用于稳压用 途，所以只规定了小电流域的齐纳电压 VZ。与此相对，TVS 二极管有着小电流区域的击穿电压 VBR、截至 电压 VRWM、高电流区域的钳位电压 VCL3 个参数的区分。只有 TVS 二极管会有表示在特定浪涌波形中能承受的最大浪 涌功率的峰值脉冲功率 PPP 和表示最大浪涌电流的峰值脉冲电 流 IPP 的定义。仅有 TVS 二极管有 ESD 对策用的 ESD 耐量的规定。对于端子间电容，在通信线路中使用时，需要选择数据波形不 会被电容影响而钝化的端子间电容值，因此仅 TVS 二极管有该 项规定。如上所述，齐纳二极管主要用于稳压，因此 datasheet 上的参 数定义主要是齐纳电压等，项目较少。而 TVS 二极管的目的是 保护其他设备不受浪涌的影响，所以电压的参数定义比较广泛， 还规定了 ESD 耐量和端子间容量等重要项目。
2025-07-10 15:01 reading：352
如何避免二极管过载
行业新闻

如何避免二极管过载

　　如何避免二极管过载?　　二极管作为电路中的基础元件，其过载可能导致性能下降甚至烧毁。以下从选型、安装、保护设计及散热四方面提供实用解决方案：　　1.精准选型匹配需求　　根据电路特性选择二极管类型：高频电路优先选用肖特基二极管(低反向恢复时间);高压场景采用快恢复二极管;大电流环境需考虑功率二极管。　　核对关键参数：正向电流(IF)需预留20%以上余量，反向耐压(VRRM)应高于电路最大电压的1.5倍，避免长期运行在极限值。　　2.规范安装降低风险　　焊接控制：手工焊接时温度≤260℃，时间<3秒，避免高温导致PN结损伤;自动贴片机需设置预热坡度，防止热冲击。　　引脚处理：高频电路中引线长度应<5mm，必要时采用镀金引脚或绞合线降低电感效应;反向安装二极管可能导致极性错误，需严格按丝印标识操作。　　3.多级保护限制过流过压　　电流限制：串联电阻需按公式R=(Vsupply-Vd)/If计算(Vd为二极管正向压降)，例如12V转5V电路中，若If=1A，需串联7Ω电阻;对敏感电路可并联自恢复保险丝(PPTC)实现过流自保护。　　电压箝位：并联双向TVS二极管时，其击穿电压应略高于电路工作电压峰值(如12V系统选15V TVS)，可抑制ESD或雷电感应脉冲。　　4.热管理与布局优化　　散热设计：功率二极管必须加装散热片，材料推荐铝合金(导热系数200W/m·K)，接触面涂抹导热硅脂(热阻<0.1℃·cm²/W);　　PCB布局：高功率二极管周围保留≥2mm禁布区，避免与发热元件(如MOS管)相邻;多二极管并联时采用镜像布局，保证电流均流。　　5.电路级预防措施　　参数监控：在关键电路中串联采样电阻，通过运放构建过流检测电路，触发后切断电源或启动限流模式;　　冗余设计：对不可修复场景(如航空航天)，可采用N+1二极管并联备份，单管失效时负载自动分配至健康管。　　示例场景：在开关电源设计中，选用600V/10A快恢复二极管，串联1Ω水泥电阻限流，并联1.5KE200CA型TVS管，配合L型散热片(尺寸50×30×10mm)，实测在满载40℃环境下连续工作1000小时，壳温稳定在65℃以下，未出现性能衰减。　　通过系统化的选型、安装规范及保护设计，可有效延长二极管使用寿命，提升电路可靠性。
2025-06-09 14:21 reading：500
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