1、,功率二極管 物品部 2002-06-15,內(nèi)容提綱,一、功率二極管的定義 二、我公司使用二極管情況 三、幾種二極管的主要區(qū)別 四、功率二極管的主要參數(shù) 五、快恢復(fù)二極管主要參數(shù) 六、肖特基二極管的主要參數(shù) 七、二極管各參數(shù)之間的關(guān)系 八、二極管參數(shù)對(duì)電路的影響 九、功率二極管參數(shù)的測量 十、二極管參數(shù)降額 十一、功率二極管損耗計(jì)算 十二、常見失效原因 十三、應(yīng)用注意事項(xiàng) 十四、二極管發(fā)展方向,定義：額定電流1安培，用于整流工作的二極管。 功率二極管在使用時(shí)需計(jì)算功耗、結(jié)溫?zé)魠?shù)，需考慮電流、電壓、結(jié)溫的降額。,一，功率二極管定義,我公司使用二極管種類： 整流二極管 開關(guān)二極管 肖特基二極管

2、快恢復(fù)二極管 快速軟恢復(fù)二極管,二、我公司使用二極管情況,信號(hào)二極管：開關(guān)二極管： 電流200mA 電壓200V 肖特基二極管： 電流200mA 電壓40V 功率二極管：普通整流二極管：430A/1600V 快恢復(fù)二極管：2*120A/1400V 肖特基二極管：60A/100V,封裝：表面貼裝 SOT23 SMA、SMB、SMC DPAK、D2PAK、D3PAK 插裝 DO-35、DO-41 TO-220、TO-247 螺栓封裝 SOT-227,三、幾種二極管的主要區(qū)別,1，整流二極管：正向壓降低，恢復(fù)時(shí)間長，適合低頻整流。 如1N4007，整流橋。 2，信號(hào)二極管：速度快，結(jié)電容小，適合信號(hào)

3、處理。 如1N4148、BAV70 3，快恢復(fù)二極管：恢復(fù)時(shí)間短，恢復(fù)電流小，關(guān)斷速度快。 4，快速軟恢復(fù)二極管：恢復(fù)時(shí)間短，恢復(fù)電流小，恢復(fù) 特性軟。 5，肖特基二極管：正向壓降小，無存儲(chǔ)電荷。適合低壓 高頻整流。,1，反向阻斷參數(shù)：反向阻斷是二極管單向?qū)щ姷幕咎匦灾弧?VR/VRRM/VRSM:反向阻斷電壓 IR:反向阻斷漏電流 EAS/EAR:雪崩能量,四、功率二極管的主要參數(shù),2，正向?qū)▍?shù)：正向?qū)ㄊ嵌O管單向?qū)щ姷牧硪粋€(gè)特性。 IFAV：二極管額定正向工作電流 IFSM：浪涌電流 I2t：正向浪涌電流對(duì)持續(xù)時(shí)間的積分值 VF：在額定電流下的電壓降 VT0 ：正向開通電壓 rT

4、 ：正向?qū)娮?3，溫度參數(shù)： TC/TA：二極管的殼溫或環(huán)境溫度。 TJ/TJM：二極管PN結(jié)的溫度， TSTG：存儲(chǔ)溫度。 Rthjc/Rthja/Rthch:熱阻 4，耗散功率： Pd/Ptot：在規(guī)定條件散熱條件下的最大總功耗,瞬態(tài)熱阻：,1，關(guān)斷特性：PN結(jié)構(gòu)成的二極管在正向?qū)〞r(shí)，PN結(jié)中存儲(chǔ)大量的電荷。當(dāng)電路使二極管換向時(shí)，導(dǎo)通時(shí)存儲(chǔ)的電荷必須全部被抽出，或被中和掉。電荷被抽出的過程就是形成了反向恢復(fù)電流。 trr:恢復(fù)時(shí)間 IRM:恢復(fù)電流 Qrr:恢復(fù)電荷 S:軟度因子,五，快恢復(fù)二極管的主要參數(shù),2，開通特性： VFR:正向恢復(fù)電壓 Tfr:正向恢復(fù)時(shí)間,六、肖特基二極管

5、的主要參數(shù),1，靜態(tài)參數(shù) IFAV:額定平均正向電流 VF：額定電流及給定溫度條件下的正向壓降 VRRM：額定重復(fù)反向阻斷電壓 IR：阻斷電壓條件下的反向漏電 TJM/TSTG：最高工作結(jié)溫和存儲(chǔ)溫度 Rthjc：熱阻,2，動(dòng)態(tài)參數(shù) dv/dt：反向承受的最大電壓上升率 CJ：肖特基二極管的結(jié)電容,1，溫度與反向阻斷電壓： 溫度升高，阻斷電壓略有增加，漏電流增大，雪崩能力下降。,七，二極管各參數(shù)之間的關(guān)系,2，溫度與二極管的正向電流的關(guān)系： 溫度上升，通過電流能力下降。,3，正向壓降與溫度關(guān)系： 溫度上升，正向壓降降低。,4，溫度與關(guān)斷特性 溫度升高，反向恢復(fù)電流增大，恢復(fù)時(shí)間、恢復(fù)電荷變大。

6、,5，di/dt與關(guān)斷特性,6，di/dt、正向電流與恢復(fù)時(shí)間,7，di/dt與開通特性,8，肖特基結(jié)電容：SCHOTTKY結(jié)電容由芯片面積和厚度決定，并與工作電壓有關(guān)：反壓增大，結(jié)電容減小。,9，不同型號(hào)之間關(guān)系： 同一系列：反壓級(jí)別高，壓降大 恢復(fù)時(shí)間短，壓降大 肖特基結(jié)溫級(jí)別高，壓降大；反向耐壓級(jí)別高，結(jié)溫級(jí)別高。,八，二極管參數(shù)對(duì)電路的影響,1，正向恢復(fù)特性對(duì)電路的影響： 二極管開通期間，二極管兩端產(chǎn)生較高壓降，增加二極管自身損耗。 二極管開通期間的恢復(fù)電壓疊加在開關(guān)管上，增加開關(guān)管的損耗。,2：二極管在恢復(fù)時(shí)間ta期間，完全喪失阻斷能力，在tb期間逐漸恢復(fù)阻斷能力，恢復(fù)期間增加開關(guān)管

7、（IGBT、MOSFET）功耗，增加二極管本身功耗。,3，恢復(fù)期間的瞬時(shí)電流尖峰產(chǎn)生電磁干擾（EMI） 4，在恢復(fù)時(shí)間tb段，二極管兩端產(chǎn)生過電壓，導(dǎo)致開關(guān)管誤導(dǎo)通或器件損壞。 恢復(fù)期間二極管兩端產(chǎn)生額外電壓尖峰： VRM=VR+L*dir/dt,九，功率二極管參數(shù)的測量,1，電壓：在各種條件下測量電壓的最大值，使用高頻示波器，在寬帶下測試。 2，電流：測量電流的平均值和峰值，對(duì)于浪涌電流還要測量浪涌寬度。 3，殼溫：使用點(diǎn)溫計(jì)，選取正確的測試點(diǎn)，直接測試。 4，雪崩能量：選取耐壓等于額定值的二極管，測試擊穿瞬間的電壓和雪崩電流，通過電壓和電流來計(jì)算雪崩能量。,各種封裝器件溫度測試點(diǎn)的選取,十

8、，二極管參數(shù)降額,1，電壓降額 二極管工作時(shí)反向承受的最大電壓與額定耐壓的百分比為電壓降額值。 DVR=VR/VRRM*100%,2，電流降額 二極管在使用時(shí)要對(duì)正向電流在相應(yīng)殼溫允許的最大電流進(jìn)一步降額。 DIF=IFAV/IFAVM*(TJM-TC)/(TJM-TCU)*100% 當(dāng)二極管并聯(lián)使用時(shí)，正向電流在上述降額的基礎(chǔ)上，再降額10-20,3，結(jié)溫降額 二極管實(shí)際工作的結(jié)溫必須低于最高結(jié)溫，實(shí)際結(jié)溫與最高結(jié)溫的百分比為結(jié)溫降額。 實(shí)際工作結(jié)溫：TJ=TCU+PD*Rthjc 結(jié)溫降額為：DTJ=TJ/TJM%100%,十一，功率二極管損耗計(jì)算,功率二極管的開關(guān)損耗包括四個(gè)部分： 開通

9、損耗、導(dǎo)通損耗、關(guān)斷損耗、阻斷損耗 PD=PON+PF+POFF+PB,1，開通損耗：發(fā)生在二極管 由反向阻斷到正向開通的 轉(zhuǎn)換中。 開通損耗與芯片溫度、結(jié) 構(gòu)工藝及di/dt有關(guān)： EON=0.5VFRIFtfr PON = EON FT,2，導(dǎo)通損耗：導(dǎo)通損耗發(fā)生在 正向?qū)ㄆ溟g，損耗大小與 芯片結(jié)溫、電流大小及芯片 技術(shù)有關(guān)。 VF=rTIF+VT0 PF=(VT0IF+rTIF2 )D,3，關(guān)斷損耗：關(guān)斷損耗發(fā)生 在二極管由導(dǎo)通到反向截 止的轉(zhuǎn)換瞬間： EOFF=IRRVRTrb0.5 POFF = EOFF FT,4，阻斷損耗：阻斷損耗是二極管在反向阻斷期間 由漏電流形成的損耗： P

10、B=VRIRMD,十二，常見的失效原因,1，電壓擊穿：由反向電壓超過額定值引起的失效，多表現(xiàn)為反向特性變壞；芯片上表現(xiàn)為點(diǎn)擊穿或邊緣擊穿。,2，過熱損壞：二極管長時(shí)間工作在較大功耗條件下，特性退化直至燒毀，芯片上有大面積灼傷，甚至器件封裝遭到破壞。,十三，應(yīng)用注意事項(xiàng),1，二極管的選用原則 1) 選擇現(xiàn)有的優(yōu)選供應(yīng)商的成熟產(chǎn)品。 2) 選擇通用參數(shù)產(chǎn)品，容易替代。 3) 標(biāo)準(zhǔn)封裝產(chǎn)品，通用性強(qiáng)。,2，使用要求 1）避免串聯(lián)使用 串聯(lián)導(dǎo)致兩個(gè)器件在關(guān)斷瞬間后或阻斷狀態(tài)不均壓。 2）并聯(lián)使用時(shí)要注意均流，均熱，及加大降額。 均流選擇同型號(hào)或使用同一封裝二極管并聯(lián) 布線考慮回路參數(shù)一致 均熱選擇同一

11、封裝器件 使用同一個(gè)散熱器 兩個(gè)二極管盡量靠近 外部發(fā)熱源對(duì)兩個(gè)二極管影響一致 增加降額電流降額增加20 3）使用肖特基二極管時(shí)，注意正向損耗和反向漏電損耗的均衡。,3，注意事項(xiàng) 1）工作頻率高于1KHZ時(shí)，一定要選用快恢復(fù)二極管。 2）主回路中，電流連續(xù)型電路中，使用軟恢復(fù)二極管。 3）肖特基二極管使用時(shí)注意防止dv/dt過高。,十四，二極管發(fā)展方向,1，改善性能：通過制造工藝的進(jìn)步，使各種參數(shù)得到不斷的優(yōu)化，如快恢復(fù)二極管的正向壓降、恢復(fù)時(shí)間和阻斷電壓之間的關(guān)系，肖特基二極管的結(jié)溫、壓降和反向耐壓的關(guān)系。,2，特殊功能產(chǎn)品：器件廠商能夠針對(duì)某種用途制造出專門適合該種用途的器件，使電路的性能達(dá)到最佳。 如：OR-ING 肖特基，TRENCH 工藝，壓降降低40mV，漏電降低70。,3，使用新材料： 1）GALLIUM ARSENIDE SCH