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二极管选型的多个关键要素

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直接来源| 电子电路

二极管是我们电路板中最常见的部件之一,那么,在选择时,有什么考虑因素呢?

:与同一参考点相比,二极管)相比,二极管电流过载后的电流变化称为电压降,称为压降。

:当二极管开始导通时,对应的电压。

:在二极管外加正向电压时,正向电压很小,不足以克服正向特性的起始部分PN正电流几乎为零。当正电压足以克服时PN结电场时,二极管正向导通,电流随电压升高而迅速上升。

:当反向电压不超过一定范围时,通过二极管的电流是由少数载流子漂移形成的反向电流。由于反向电流很小,二极管处于截止状态。反向电压增加到一定程度后,二极管反向击穿。

正导压降与导电流的关系

当二极管两端增加正偏置电压时,其内部电场区域变窄,通过正扩散电流可以有更大的正扩散电流PN结。只有当正电压达到一定值(称为门槛电压时,锗管约为0.2V,硅管约为0.6V)以后二极管才能真正导通。但是二极管的导压降是恒定的吗?它与正向扩散电流有什么关系?常温下通过下图1测试电路对型号SM360A测试导通电流与导通压降降之间的关系,可以得到如图2所示的曲线关系:正导电压降与导电流成正比,浮动压差为0.2V。从轻载导通电流到额定导通电流的压差虽仅为0.2V,但对于功率二极管,它不仅影响效率,而且影响二极管的温升。因此,在价格条件允许的情况下,尽量选择导压降低、额定工作电流是实际电流的两倍。

图1二极管导通压降试电路

图2导通压降与导通电流的关系

在产品开发过程中,高低温环境对电子元件的影响是产品稳定性的最大障碍。环境温度对大多数电子元件的影响无疑是巨大的,二极管也不例外。在高低温环境下SM360A实测数据表1与图33的关系曲线可以看出,二极管的导通压降与环境温度成反比。环境温度为-45℃虽然导通压降最大,但不影响二极管的稳定性,但环境温度为75℃当时,外壳温度已超过数据手册给出的125℃,则该二极管在75℃必须降额使用。这就是为什么开关电源需要在某个高温点降低金额的原因之一。

表1导通压降和导通电流测试数据

图3导压与环境温度之间的关系

额定电流IF指二极管长期运行时根据运行温升计算的平均电流值。目前,二极管最大功率整流IF值可达1000A。

指二极管长期连续工作时允许通过的最大正平均电流值PN结面积及外部散热条件等有关。当电流通过管道时,管芯会发热,温度升高,温度超过允许限度(硅管约141,锗管约90),管芯会过热损坏。因此,二极管在规定的散热条件下不得超过二极管的最大整流电流值。例如,常用IN4001-4007型锗二极管额定正向工作电流为1A。

最大平均整流电流IO:在半波整流电路中,流过负载电阻的平均整流电流的最大值。

运行过多的正电流。不是正常电流,而是瞬时电流,值相当大。

即使没有反向电流,只要反向电压不断增加,迟早会损坏二极管。这种反向电压不是瞬时电压,而是反复的正反向电压。由于交流电压被添加到整流器中,其最大值是指定的重要因素。最大反向峰值电压VRM指最大反向电压,以避免击穿。目前最高的VRM值可达几千伏。

上述最大反向峰值电压是反复增加的峰值电压,VR是直流电压的连续增加值。对于直流电流,最大直流反向电压对于确定允许值和上限值非常重要。

由于PN当工作频率超过一定值时,其单向导电性会变差。点接触式二极管fM值较高,在100MHz以上;二极管整流fM低一般不超过几千Hz。

当正向工作电压从正向电压变为反向电压时,二极管工作的理想情况是电流可以立即停止。事实上,通常会推迟一点时间。决定电流截止延迟的数量是反向恢复时间。

当电流流过二极管时,它会吸收热量,提高温度。最大功率P是功率的最大值。具体来说,加载二极管两端的电压乘以流过的电流。该极限参数对稳压二极管和可变电阻二极管尤为重要。

在二极管两端加入反向电压时,流过二极管的电流与半导体材料和温度有关。硅管在室温下IR为nA(10-9A)级,锗管的IR为mA(10-6A)级

根据温度降低10,可以提高产品的可靠性,延长使用寿命℃下面列出了不同额定结温管的最小降额结温数据。

表1 二极管降额

额定值TjM

125℃

150℃

175℃

200℃

可在降额后使用TjM

110℃

135℃

160℃

185℃

在选型阶段,应考虑设备是否通过了安全认证,主要考虑功率设备。一般来说,安全认证类型在各国广泛接受UL(北美)、CSA(加拿大),TUV(德国)、VDE等

正确选择设备周围的线路设计、机械设计和热设计,控制设备在整机中的工作条件,防止各种不适当的应力或操作损坏设备,最大限度地发挥设备的固有可靠性。

设计单板时,应放宽设备参数允许变化的范围(包括制造容差、温度漂移和时间漂移),以确保设备的参数在一定范围内变化时,单板能正常工作。

禁止选用轴向插装的二极管封装、禁止选用Open-junction二极管。

O/J是OPEN JUNCTION的晶圆扩散工艺,在晶圆扩散后切片成晶粒,晶粒的边缘是粗糙的,电性能不稳定,需要用混合酸(主要成分为氢氟酸)洗掉边缘,然后包以硅胶并封装成型,可信赖性较差。

GPP是Glassivation passivation parts的缩写,是玻璃钝化类器件的统称,该产品就是在现有产品普通硅整流扩散片的基础上对拟分割的管芯P/N结面四周烧制一层玻璃,玻璃与单晶硅有很好的结合特性,使P/N结获得最佳的保护,免受外界环境的侵扰,提高器件的稳定性,可信赖性极佳。

O/J的散热性没有GPP的好,两者本质结构截然不同:O/J芯片需要经过酸洗后加铜片焊接配合硅胶封装,内部结构上显得比GPP的大;GPP芯片造的整流桥免去了酸洗、上硅胶等步骤,直接与整流桥的铜连接片焊接。内部结构显的比O/J芯片制造而成的小。才造成直观的、习惯性的误解。

1、GPP芯片在wafer阶段即完成玻璃钝化,并可实施VR的probe testing,而OJ芯片只有在制得成品后测试VR。

2、VRM为1000V的GPP芯片,通常从P+面开槽和进行玻璃钝化,台面呈负斜角结构(表面电场强度高于体内),而OJ芯片的切割不存在斜角。 

3、GPP芯片的玻璃钝化分布在pn结部分区域(不像GPRC芯片对整个断面实施玻璃钝化,而OJ芯片对整个断面施加硅橡胶保护。

4、GPP芯片由于机械切割的原因留下切割损伤层,而OJ芯片的切割损伤层可经化学腐蚀去除掉。

5、GPP芯片采用特殊高温熔融无机玻璃膜钝化,Tjm及HTIR稳定性高于用有机硅橡胶保护的OJ制品。 

6、GPP芯片适合小型化、薄型化、LLP封装,而OJ芯片适合引出线封装。

(1)OJ的芯片必须经过焊接、酸洗、钝化、上白胶、成型固化烘烤等步骤,其电性(反向电压)与封装酸洗工艺密切相关,常规封装形式为插件式。

(2)而GPP在芯片片制造工艺中已包含酸洗、钝化。其电性由芯片片直接决定,常见封状形式为贴片式。

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标签: 给二极管外加正偏电压二极管一旦被反向击穿就不能再使用820p安规电容二极管才能处于导通状态贴片式功率二极管1812对应的二极管封装

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