tag 标签: 二极管

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  • 2021-8-16 16:01
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    最基础的BAV70二极管知识点,你知道吗?
    BAV70 二极管 在汽车电子、LED等、智能安防等行业 都有着很大的作用,二极管应用到产品的时候,我们必须要清楚它有哪些作用。16年专注二极管、三极管代理分销的深圳市弗瑞鑫电子有限公司,免费送样,提供技术指导,拥有1000平方米的恒温恒湿仓库,库存充足,弗瑞鑫的小编就简单介绍一下二极管的三个知识点。 1. 二极管是否适合并联? 硅BAV70二极管当温度升高时导通压降下降时,是不适合并联的,但现在许多二极管都将两个单管封装在一起,温升相对均匀,有利于并联。但碳化硅就不一样了,它的压降随着温度升高而升高,理论上是适合并联的。 2. BAV70二极管导通时的瞬态过程如何? 对 BAV70二极管 的瞬态过程,一般比较关注的是反向恢复特性。但实际上二极管从反偏转到正导通的过程中也有值得注意的地方。当二极管刚导通时,正压降先升至最高,然后再降至稳态值。随着 di/dt的增大,这个最大值也随之增加。即BAV70二极管的带导通瞬间产生正向尖峰电压,且电压要大于稳态电压。 3. BAV70二极管寄生电感和RCD钳位电路中二极管慢管快管的选择 BAV70二极管的寄生电感主要是由引线引起的,并可视为串联在BAV70二极管上的电感。RCD电路常用于需要钳位的场合。有文献认为应采用慢恢复管,理由是慢恢复管因其逆恢复时间较长,因此,为了降低钳位电路的损耗,在二极管反向恢复过程中钳位电容器就会把一部分能量反馈给电路。这款产品仅适用于小电流,低 di/dt的场合。但是,不适合在钳位电路中使用高 di/dt等大电流输出电源次级钳位电路。由于慢恢复管在导通过程中会产生很高的导通压降尖峰,造成钳位电容上的电压虽然很低,但无法钳住尖峰电压。 以上就是 弗瑞鑫 小编对BAV70开关二极管的特点和知识点的理解,如果需要了解更多二三极管咨询后需要BAV70开关二极管规格书,可联系我们。
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    2021-4-9 11:00
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    本文将介绍在空调中的案例。近年来,随着表示全年能效比的APF(Annual Performance Factor)在行业中引入实施,提高空调等家电的效率已成为重要课题之一。 空调用电流连续模式PFC电路:利用MOSFET和二极管提高效率的案例 下面的电路是空调的电流连续模式(CCM)PFC电路示例。接下来是在该电路中,将原始设计中使用的FRD(快速恢复二极管)变更为SiC SBD(肖特基势垒二极管)“SCS112AM”和另外的FRD“RFUS20TF6S”后,此外,将开关晶体管由原始的IGBT变更为Hybrid MOS“R6035GN”后,以及同时变更晶体管和二极管后,对效率进行比较的结果。 将原始设计中的FRD变更为SiC SBD 将原来使用的FRD变更为SiC SBD后的效率和损耗比较数据如下: 以上是一组实际测量数据。在效率方面,有0.1%~0.2%左右的提升;在损耗方面,当Po=2094W时有约4.2W的差异。 该差异的主要原因是相比原FRD,所替换的SiC SBD的trr(反向恢复时间)更短。在“电流连续模式PFC:利用二极管提高效率的例子”一文中已经介绍过,在电流连续模式PFC中,二极管的trr(反向恢复时间)特性在高速时效率更好。另外,关于SiC-SBD和FRD的反向恢复特性的区别,在“所谓SiC-SBD-与Si-PND的反向恢复特性比较”中有详细说明,请参考。 将原始设计中的IGBT变更为Hybrid MOS 接下来是开关晶体管的不同所带来的损耗比较数据。此时的二极管为SiC SBD。 通过以上比较可以确认,将开关晶体管从IGBT变更为Hybrid MOS“R6035GN”后,在输出功率1000W的条件下,损耗可以降低4W。 其原因有两个。一个是Hybrid MOS的开关速度快,因此开关损耗小;另一个是导通电阻小,传导损耗也小。 从该波形数据可以看出,Hybrid MOS的上升变化速度很快,在○圈出来的部分,损耗比IGBT少。顺便提一下,该IGBT是超高速型产品,但还是不及比较对象Hybrid MOSFET。 右侧的图表表示晶体管单体的Ic(Id)对应的导通电阻特性。在20A以上的范围,Hybrid MOSFET的导通电阻与IGBT几乎相同;在20A以下的范围,导通电阻低于IGBT,整体上有望实现更低的损耗。 绿线所表示的R6035GN是标准的超级结MOSFET(SJ MOSFET),低电流时的导通电阻较低,但在高电流时导通电阻略高于IGBT。这是标准的SJ MOSFET的特性。因这些特性差异,在大电流应用中一般选用IGBT,然而IGBT具有在低电流范围的损耗较大且效率较差的问题。 Hybrid MOS是SJ MOSFET的衍生产品,是具备SJ MOSFET的高速开关性能和低电流时的低导通电阻、以及与IGBT相匹敌的大电流时的低导通电阻性能的MOSFET。欲了解更详细信息,请参考“同时具备MOSFET和IGBT优势的Hybrid MOS”。 变更为Hybrid MOSFET+SiC SBD,效率更高 最后是二极管和开关晶体管这一组合的效率数据。 “原始”是指原设计中使用的IGBT和FRD的组合。“SJ MOS+FRD”是ROHM生产的三款标准的SJ MOSFET和ROHM生产的一款FRD的组合。“Hybrid MOS+FRD”均为ROHM生产的产品。使用绿色背景色的“Hybrid MOSFET+SiC SBD”也均为ROHM生产的产品。 曲线图是根据表格中的数据绘制而成的,从结果看出,Hybrid MOSFET+SiC SBD的组合可以获得最高的效率。 关于PFC,在电流连续模式(CCM)和临界模式(BCM)中介绍过,降低损耗的方法略有不同。在改善效率时,需要考虑到这一点。 关键要点: ・在电流连续模式PFC中,将IGBT+FRD替换为Hybrid MOSFET+SiC SBD可提高效率。 ・在该案例中,SiC SBD的高速trr特性、Hybrid MOSFET的低导通电阻+高速开关有助于提高效率。 来源:techclass.rohm
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    2021-4-9 10:51
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    一文详解PFC(功率因数改善)及BCM与CCM模式电路示例
    本文开始将介绍在实际应用电路中二极管和晶体管的特性和性能不同会带来什么样的差异、使用上有什么区分。首先以PFC(功率因数改善)为例开始,有些电子设备是必须配备PFC的,所以此次先稍微介绍一下PFC。 什么是PFC PFC(功率因数改善)是指改善功率因数,并使功率因数接近1。这是通过使功率因数角(相位角)接近0°,从而减小电压与电流的相位差,使视在功率接近有功功率。同时抑制谐波电流。谐波抑制在国际标准IEC61000-3-2中已经分类限值并规定了最大容许谐波电流,相应的电子设备基本上都配备PFC。 单级PFC与交错式PFC PFC的基本工作是使电感电流呈三角波状,并控制电流使其平均值为正弦波,从而校正电压和电流的相位差。下面是以单级和交错式为例的PFC基本电路。 顾名思义,单级PFC由1组开关(晶体管)、二极管、电感构成,而交错式PFC由2组构成,开关以180°相位差进行驱动。所以,单级PFC的电感电流因ON/OFF而呈单一的三角波状,而交错式PFC则三角波重叠。其结果是纹波电流减小,有效频率翻倍。右图是每个电感的电流波形和交错式PFC的电流波形示意图。 交错式使用2组开关,因此开关损耗分散,每个开关上的负载减轻,使热设计更容易。另外,纹波电流更小,有效频率更高,从而有助于减小滤波器尺寸。这与DC/DC转换器的双相驱动原理相同。 临界模式(BCM)与连续模式(CCM) PFC的控制一般采用两种模式,一种是在电流为零的时间点进行开关的电流临界模式(BCM:Boundary Current Mode),一种是在电感连续流过电流的状态下使用的电流连续模式(CCM:Continuous Current Mode)。 BCM是在二极管电流变为零的时间点开关导通,所以二极管中不会流过反向恢复电流。但是,电流从零到最大值变化较大,所以电感和二极管的峰值电流将增加。而CCM的特征是在二极管中有电流流动的状态下开关导通并强制关断二极管,所以会流过较大的反向恢复电流,并产生开关噪声。但连续流动的电感电流几乎为直流,纹波也很小。 方式不同,输出功率也不同 上述单级方式和交错方式、BCM控制和CCM控制的不同表现为输出功率和峰值电流特性的不同。一般输出功率较大的电路中多使用交错式PFC及CCM控制。下图为比较示例。 关键要点: ・PFC(功率因数改善)是指改善功率因数并使功率因数接近1。 ・PFC的方式包括单级和交错式,交错式可分散损耗因而热设计更容易。 ・PFC的模式包括临界模式(BCM)和连续模式(CCM),一般大功率电路中使用CCM。 临界模式PFC : 利用二极管提高效率的例子 在实际的应用电路中,二极管和晶体管因其特性和性能不同而需要区分使用。在电源类应用中区分使用的主要目的是提高效率。本文将介绍PFC(功率因数改善)的一个例子,即利用二极管的特性差异来改善临界模式(BCM)PFC的效率的例子。关于PFC,请参考上一篇文章的介绍。 临界模式PFC:液晶电视电路示例 该电路是液晶电视的PFC单元,是单级PFC的临界模式(BCM)控制方式示例。PFC电路的二极管D1使用的是快速恢复二极管(以下简称“FRD”)。 对该二极管使用正向电压VF低的类型、和反向恢复时间trr快的类型时实施了损耗仿真。下面是所使用的两种二极管的主要规格。除VF和trr外,其他规格基本同等。 RFNL10TJ6S 低 VF RFV8TJ6S 高速 trr 単位 VRM 600 600 V IF 10 8 A VF 1.25 @IF=8A 3 @IF=8A Vmax IR 10 10 µA trr 65 20 ns max 两者的仿真结果如下。 中段波形表示二极管的功率损耗。上段波形表示线圈电流=二极管的IF,下段波形表示输出电压=对二极管施加的电压。二极管的功率损耗如波形所示,低VF的RFNL10TJ6S的功率损耗很低。以平均值看,低VF、标准trr的RFNL10TJ6S为0.23W,高速trr、标准VF的RFV08TJ6S为0.41W。VF的不同会带来1.25V对3V(IF=8A时)的不同结果。 从这个结果可以看出,在PFC临界模式下,二极管VF的不同对损耗会产生很大影响,而trr的影响则较小。这是因为在临界模式下,电流的流动是从零升至峰值,如果二极管的VF较大则相应的传导损耗也将增大。 对于临界模式控制的PFC,尽量选择VF小的二极管可改善电路效率。 关键要点: ・临界模式PFC的二极管VF对损耗影响较大,而trr对损耗的影响则较小。 ・对于临界模式控制的PFC,选用VF小的二极管可改善电路效率。 电流连续模式PFC : 利用二极管提高效率的例子 继上一篇临界模式PFC的例子之后,本文将探讨电流连续模式PFC的二极管特性差异带来的效率差异。 利用二极管改善电流连续模式PFC电路效率示例 这是以前介绍PFC时用过的简化的PFC电路示例。下面来探讨一下在PFC输出端的基本构成–二极管和MOSFET的组合部分中,二极管的特性是怎样影响效率的。二极管使用FRD(快速恢复二极管),给出了3种特性不同的二极管的效率测量结果。 右图表示各FRD的电路效率与FRD的trr(反向恢复时间)的关系。如图所示,在使用trr最低的FRD时效率最高。下表是各FRD的主要特性和效率测量值。 FRD IF (A) VF (V) Typ. @IF max trr (ns) Typ. @IF max, VR=400V 效率 (%) RFNL10TJ6S 10 1.1 100 (dIF/dt=-100A) 89.10 RFV8TG6S 8 2.3 25 (dIF/dt=-200A) 93.59 RFVS8TG6S 8 2.5 20 (dIF/dt=-200A) 93.87 电路条件:连续模式,Po=300W,fsw=200kHz,Vin=115Vrms,Vo=390V RFNL10TJ6S和RFV08TJ6S是上一篇文章中的临界模式PFC损耗仿真所用的FRD,RFNL10TJ6S是由于VF低而在临界模式PFC中实现最高效率的FRD。相反,RFV08TJ6S由于VF比RFNL10TJ6S高而在临界模式PFC中出现效率最低的结果。 然而,关于电流连续模式PFC的效率,VF的影响微乎其微,主要是受trr的影响。从波形图即可看出trr慢导致效率下降的原因。 在FRD的波形中,FRD导通时流过5A左右的正向电流IF,然后关断时流过18A左右的反向电流IR。这个IR是trr期间流动的电流,在连续模式PFC中,会对MOSFET的开关产生影响。如波形所示,在MOSFET导通时流过尖峰状大电流,这会成为损耗,导致电路整体的效率下降。 结论是,在电流连续模式PFC中,二极管的trr越快效率越高。基本上不受VF影响。 关键要点: ・在电流连续模式(CCM)PFC中,二极管的trr对损耗影响很大,而VF的影响很小。 ・在电流连续模式控制的PFC中,选择trr值小的二极管可改善电路效率。 来源:techclass.rohm
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    2021-4-2 15:20
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    SPICE器件模型:二极管的工作原理 下面以二极管为例介绍一下SPICE的器件模型是怎样构建的。为此先来回顾一下二极管的工作原理。这里会出现半导体的理论,重点在于器件模型是由哪些参数组成的,理论本身不理解也没有关系。 下图表示硅二极管的基本工作原理。当给二极管施加偏置时,耗尽层内的电场作用减弱,发生载流子扩散并且流过电流。另外,二极管的正向电流Id和耗尽层电容Cj可通过以下公式来表示。 二极管的参数 下图是二极管的等效电路。电路中包括正向电流IF(前面公式中的Id)、耗尽层电容Cj以及寄生电阻分量RS。在前面的公式中代入二极管的参数(参见表格),得到如下模型公式。 模型公式基本上与半导体的理论公式相同。在器件模型中设置这些参数值。 SPICE器件模型:二极管的器件模型示例 下面是二极管的实际器件模型。这是由ROHM提供的。 其中包括描述规则的明细,以星号“*”开头的是注释。模型的简要说明等可以是任意说明。在该例中,从“MODEL”开始是实际的内容。以“+”开始的行是设置参数值的。请比较一下器件模型的描述和参数表。参数的设置如果是默认值即可时,没有必要描述。 SPICE器件模型:二极管示例 其2 继上一篇文章“ 其1 ”之后,本文将继续以二极管的SPICE器件模型为例,来介绍器件模型。 SPICE器件模型:二极管器件模型的参数调整 器件模型是要设置参数的,所以可以很容易想象如果改写所描述的设置值,其结果会反映在仿真结果中。下面是此前提到的二极管器件模型的VF调整示例。 要调整二极管的VF,需要更改IS值(饱和电流)。IF=IS*exp(Vd/(N*Vt)-1) 这是在“其1”中给出的IF公式,从公式可以看出,IS的增减与IF成正比。曲线图是将IS值调整为10倍和1/10后的IF-VF特性仿真结果。VF=0.7V的IF是10倍和1/10的值。 要想很好地理解参数和二极管特性之间的关系,需要先了解模型公式和参数。 SPICE器件模型的局限 器件模型基本上表现出来的是模型理论公式的特性。所以,理论公式中无法完全表达出来的特性不会反映在仿真结果中。需要先认清这点再来解释仿真结果。 这个曲线图是不同于刚才的二极管的IF-VF特性。左侧是技术规格书中给出的实际二极管的代表特性,右侧是这个二极管的器件模型仿真结果。 比较一下IF-VF特性的线性度,可以看出仿真结果是基于理论公式的结果。 来源:techclass.rohm
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    2021-3-31 11:34
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    二极管种类那么多,究竟有什么区别呢?
    近年来,使用“功率元器件”或“功率半导体”等说法,以大功率低损耗为目的二极管和晶体管等分立(分立半导体)元器件备受瞩目。这是因为,为了应对全球共通的 “节能化”和“小型化”课题,需要高效率高性能的功率元器件。 然而,最近经常听到的“功率元器件”,具体来说是基于什么定义来分类的呢?恐怕是没有一个明确的分类的,但是,可按以高电压大功率的AC/DC转换和功率转换为目的的二极管和MOSFET,以及作为电源输出段的功率模块等来分类等等。 在这里,分以下二个方面进行阐述:一是以传统的硅半导体为基础的“硅(Si)功率元器件”,另一是与Si半导体相比,损耗更低,高温环境条件下工作特性优异,有望成为新一代低损耗元件的“碳化硅(SiC)功率元器件”。提及功率元器件,人们当然关注SiC之类的新材料,但是,目前占有极大市场份额和应用领域的Si功率元器件的性能不断提高,令人瞠目而视。实际上,就是应利用在用途和规格方面最适合的功率元器件,所以考虑能覆盖面比较义的功率元器件。 Si功率元器件 关于Si功率元器件,大致分为以下4个方面进行阐述。 Si二极管 分类和特性 肖特基势垒二极管 快速恢复二极管 Si晶体管 分类和特性 高耐压MOSFET 晶体管的选择方法 选择流程 SOA、额定、温度 发挥其特征的应用事例 Si二极管和MOSFET的种类非常多,耐压和电流变动幅度也很大。其中,主要用于电源的Si二极管可细分为肖特基势垒二极管和快速恢复二极管。MOSFET以高耐压的超级结MOSFET为主。 进而,按照要求规格说明选择晶体管时的步骤和判断方法,预计要介绍利用二极管和晶体管所拥有的特性和特征的应用事例。 均分别包含基础内容。如果是几十瓦的电源,有内置功率元器件,可减少个別地选择MOSFET或工作确认。然而,在大功率电路中,切实地纯熟掌握分立元器件极为重要。后文将详细说明如何重新确认二极管和晶体管的特性和规格值,并有机会了解最新的Si功率元器件的特征和性能。 分类与特性 首先,在这里介绍用作硅功率元器件的二极管种类,及堪称硅半导体之基本的二极管最基础内容。 Si二极管的分类 考虑Si二极管的分类时,根据其用途,有几种分类方法。在这里,主要考虑用于功率转换,对Si二极管进行分类。 Si二极管大致上可分为整流二极管、齐纳二极管、高频二极管。其中,以整流为主要目的的二极管又可细分为:一般通用整流用,以开关为前提的高速整流用,用于超高速整流的快速恢复型,还有同样具有高速性和低VF特征的肖特基势垒二极管,下面将分别予以说明。虽然作了上述分类,但原则上,Si二极管均属由阳极和阴极构成的元器件,表示其本质功能和特性的项目基本相同。那么“究竟有什么区别呢?”,答案就是“根据实际用途,使其部分电气特性达到优化”。 二极管的电气特性 慎重起见,我们先来确认二极管的静态特性和动态特性。仔细看看下图,就无需详细说明了,但是,以下均是说明各种二极管特征时的关键词。 二极管的静态特性,基本上是指正向电压VF和正向电流IF,以及反向电压VR和反向电流IR 右图中橙色虚线区表示利用整流二极管的区域。具体而言,就是指正向可作业的IF范围,以及反向击穿电压以内的区域。 顺便说一下,绿色虚线区虽非本章的阐述对象,但属于使用齐纳二极管区域。通常的二极管并不使用该区,如果IR无限制地进入该区,可能会导致元器件破损。 二极管的动态特性主要有反向恢复时间trr和电容Ct。 trr是指从正向施加电压正向电流IF流动的状态,到电压反向变化时流动的反向电流IR恢复至稳定状态(基本为零)所需的时间。如右图所示,一旦从IF流动的导通状态变为关断状态,在理想状态下,正向电流IF即刻为零。然而,实际上,反向电流IR越过零值,瞬间流过,trr也随之恢复为零。trr越短,特性越好。 电容Ct是指二极管自身的容值,带来与电容器相同的效果。如右图所示,二极管导通、关断之际,电容Ct越大,俗称的波形就越大,有时,由于时间常数的原因,直至施加电压为止方才进入关断动作,往往会引发故障。在高速开关电路中,最好采用Ct较小的二极管。 最后将主要的最大额定和电气特性汇总如下。 最大额定是指描述的连续及瞬间施加电压、电流和温度条件。关于“瞬间的”的定义,请参考技术规格内的相关描述,如果无明确描述,需要向制造商确认。 本篇开始部分的内容虽为基础中的基础,但在考虑各种二极管的特性和用途时,必须加以充分理解。此时,在实际选择二极管时,也应再三斟酌上述参数。 关键要点: ・最为基础的确认事项。 ・用作Si功率元器件的二极管的种类和分类。 整流二极管的特征比较 本篇所例举的是用于高耐压、高电流的二极管,但按照其特性、特征、制造工艺可进行以下分类。此时,对二极管基本的应用条件而言,特性和性能已优化。 整流二极管的特征比较 在这里,将整流二极管分为以下4类:通用整流用、通用开关用、肖特基势垒二极管、快速恢复二极管4种类型,特征汇总于下表。 类型 特征 VF IR trr 价格 适合应用 整流 通用 × ○ × ○ 一般整流 电源的反接保护 开关 开关用 × ○ △ △ 单纯的开关用 微控制器外围开关 肖特基势垒 SBD 高速(~200V) 低VF ○ × ○ × DC/DC转换器 AC/DC转换器(二次侧) 快速恢复 FRD 高速(~200V) × ○ ○ × AC/DC转换器 逆变器电路 通用型一般用于整流,主要目的是将交流整流为直流。桥式二极管是整流用的二极管组合。另外,用于无意中电源或电池反接时,保护用于防止过电流流过。正向电压VF因工作电流而异,1V左右为标准。这是硅PN结二极管的普通VF。反向恢复时间trr是以50Hz/60Hz的商用电源的整流为前提,以不是特别快的为标准。 开关型,用途如其字面所示,主要用于电源的切换。VF标准与通用型相同。因为以开关用途为目的,所以trr比通用型更快。但是,还达不到肖特基势垒二极管或快速恢复二极管的速度,其开关特性仅定位于比通用型快。 肖特基势垒二极管(SBD)不是PN结,而是利用金属和半导体如N型硅的形成肖特基势垒(Barrier)。与PN结二极管相比,肖特基势垒二极管(SBD)具有VF更低,开关特性更快的特征。但是,其反向漏电流IR较大,在某些条件下会导致热失控,务请注意。即使流经高达诸如10A的大电流,VF值也大约为0.8V;如果流经几A的电流,VF值大约为0.5V。因此,其典型用途就是用于追求高效的DC/DC转换器或AC/DC转换器的二次侧。 快速恢复二极管(FRD)虽是PN结二极管,但却是trr得以大幅改善的高速二极管。此时,SBD的耐压(反向电流VR)在200V以下,但FRD能达到800V高耐压。但是,一般而言,其VF比通用型高,如果是高耐压大电流规格,标准值大约为2V,但近年来,VF值降低的型号也有增加。因其高耐压和高速性,所以多用于AC/DC转换器或逆变器电路。 下图是上述内容的图解。此时,并非仅限于上述四种类型,同时也表示了Si二极管的基本温度特性。 再重复一遍,左图表示SBD与其他三种二极管相比,VF较低,IR较大。 中间图是将SBD与FRD之外的两种二极管相比,其trr快很多,trr间流动的正向电流IR越大,损耗越大。 右图是表示Si二极管的基本温度特性,高温状态时,VF下降,IR增加。 后面会对SBD稍作详细说明。 关键要点: ・了解功率Si二极管的大致特征比较。 肖特基势垒二极管的特征 再次谈及Si二极管,将说明肖特基势垒二极管(以下简称为SBD)的相关特征和应用。 Si-SBD的特征 如前文所述,Si-SBD并非PN结,而是利用硅称之为势垒金属的金属相接合(肖特基接合)所产生的肖特基势垒。Si-SBD的特性因势垒金属的种类而异。而且,其特性的不同,应用方向也不同。下表汇总了势垒金属的特征及其适合的应用。表中凡标有“×”的项目,请理解为:其与其他项目相比,特性较差、不适合。 典型的势垒金属有钛、钼、铂。 使用钛的SBD具有VF非常低的特征,但反向漏电流IR却比其他的高。因此,发热多,不适用于环境温度高的条件。后文还将详细说明,其存在容易导致热失控的倾向。就应用而言,因为其VF较小,导通损耗少,电压下降较小,所以适合用于电池驱动电路。 使用钼的SBD,属于VF和IR平衡型,多使用于DC/DC转换器电路。 使用铂的SBD,IR非常小,发热小,所以最适用于高温环境条件下使用。由此可见,是车载设备应用的首选。 其他的二极管均系通用的PN结整流二极管。IR较小,大多数应用场合均可忽略不计。与此相反,Si-SBD却存在不可忽视的反向电流IR。这就是在使用Si-SBD之际必须考虑的关键要点。 接着,下面图表中用“○”或“△”具体表示各种SBD的特性。例如,钛SBD的VF非常低,但IR较大。 Si-SBD的热失控 在这里说明,就使用Si-SBD之际关于热失控的重点研讨事项。热失控是由于发热引发二极管的Tj超过最大额定值,严重时可能会导致某种破坏性结果。如前所述,切勿忽视因Si-SBD的IR损耗。发热是IR和VR(反向电压)的积,即漏电流产生的反向功率损耗乘以热阻之积。与普通的热计算公式相同。因此,IR较大的钛SBD最为不利。此时,IR有随着VR增高也增高的倾向,并有伴随温度上升,而増加的正相关温度特性( 请参考前篇说明 )。因自身发热(或者周围温度上升)引发Tj上升,IR増加,进而发热加剧IR増加,从而导致失控状态。当然,这属于发热量大于散热量这一条件因素的话题。 为了防止热失控,即使存在因各种条件而导致发热,也必须进行使其充分散热的热设计。以下是有关热失控的关键要点。 起因于IR的发热,引发热失控,导致二极管破损。 必须进行充分的热计算、散热设计,以实现发热量<散热量。 Tj不准超过Tj max:Tj = Ta+发热 发热 = 热阻(θja)×电流(IR)×电压(VR) 散热程度因封装、安装PCB板、周围环境等因素而异,必须认真验证。 依据VF和IR的应用示意图 最后是适合二极管特性及其适合应用示意图,设计时仅供参考。 关键要点: ・Si-SBD的特性因势垒金属而异。 ・认识到不可忽视Si-SBD的IR的程度。 ・因有导致热失控的可能性,所以必须充分验证热设计。 快速恢复二极管的特征 最后一篇谈及Si二极管。本篇将说明快速恢复二极管(以下简称为FRD)的特征、改善特性及其相关应用。 Si-FRD的特征 Si-FRD是PN结二极管,具有高速性特征,Trr极快。与此相反,就一般特征而言是VF高。例如,在示意图中,通用10A级别的VF不到2V。这是因为Trr的高速性与VF之间有需要权衡的关系。然而,开发出VF值大幅度降低的型号,实际时可根据应用来选择最适合的Si-FRD。 下表总结了Si-FRD的特征及其适合的应用。表中凡标有“×”的项目,请理解为:其与其他项目相比,特性较差、不适合。 超高速型的VF较高,IR却较低,所以,最适用于连续模式的PFC(改善功率因数),损耗较少。 高速与低VF的平衡型有非常高的通用性,利用FRD的高速性适用于各种应用。 超低VF型的虽然IR特性较为逊色,但其低VF能降低导通损耗,适用于峰值电流大的临界模式PFC。 此时,下面图表显示VF和Trr之间的权衡关系。橙色线表示VF较低,Trr稍长,但VF与Trr之间的IR也较大,是该FRD的特性。红色线的特性与其相反。可见存在一种关系,如果是高速型,那么VF就高,如果是低VF型,那么Trr/IR就大。 Si-FRD的噪声 从EMC的角度来看,以开关电源为主的开关所引发的噪声是重要的研讨事项。Si-FRD的Trr较为高速,故而在反向恢复时,Trr时间内会产生噪声。下图是反向恢复时的噪声以及改善后的示意图。IRp表示FRD关断时的反向电流峰值。并用dir/dt表示恢复的倾斜度/急峻度。如能降低Irp,并使dir/dt平稳,就能使反向恢复时的噪声变小。 实际上,已成功开发出称之为“软恢复”型的低噪声Si-FRD。在这里,就该项研究稍稍加以说明。 为了降低Irp,并使恢复时的倾斜度dir/dt趋缓,必须分别采取改善对策。最初,为了降低IRp,降低了P型硅(阳极)的杂质浓度。仍然存在问题,虽然漏电流减少,降低了IRp,但是,dir/dt依然急峻,仍然残存噪声,还有VF上升的新课题要权衡处理。 其次,为了缓和倾斜度,采用了称之为寿命杀手的铂(Pt)扩散,缩短了寿命,成功地实现dir/dt软恢复。这里的“寿命”是指,在PN结关断/反向偏置时的少数载流子再结合,在恢复的时间内,如果时间长,残留的载流子会导致电流流经的现象。寿命杀手会加速再结合,从而缩短寿命。一般而言,寿命杀手会扩散杂质。这种时就采用Pt(铂)。 这就涉及到制造工艺了,若非熟悉领域很难全面展开,但是,以这两个方法为基础,最终实现了Trr和VF的特性基本保持不变,却能大幅度抑制反向恢复噪声的Si-FRD。下图所示为软恢复型(红色)与标准型(蓝色)的实际波形比较示意图。明显可见,软恢复型的噪声非常低。 根据Si-FRD的Trr和VF的应用示意图 最后表示依据Si-FRD的特性及其适合应用的示意图,设计时仅供参考。如上所述,Trr高速型的VF值较高,而VF值低的Trr较慢,应基于这一基本倾向,选择最佳的应用特性。 再提一下PFC的话题,BCM(临界模式)的VF值越低越好,CCM(连续模式)的Trr值越快越好,这有助于降低各自的损耗。 此时,不仅降低噪声,而且VF与Trr的权衡达到最优化的类型,其可制成的应用非常广泛。 关键要点: ・Si-FRD的特性因硅拡散的杂质而异。 ・Si-FRD的VF和Trr之间的权衡关系。 ・反向恢复时的噪声导致开关电源应用方面受到严重影响,所以开发了改良型。 来源:techclass.rohm
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