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ASEMI肖特基二极管和超快恢复二极管在开关电源中的对比

编辑-Z

开关电源由高频磁芯、高频电容、高背压大功率晶体管、功率整流二极管和控制电路等主要元件组成。其中整流二极管是关键部件,由于其功耗最大,约占功耗的30%,因此要求整流二极管在高速度和大电流下具有正向压降小、开关时间短的特点。那么ASEMI在开关电源中,肖特基二极管和超快恢复二极管哪个比较好?

事实上,广泛使用的整流二极管主要有两种:一种是超快恢复二极管,另一种是肖特基势垒二极管(SBD)。一般而言,肖特基二极管的性能优于超快恢复二极管。由于其低压、高电流、低功耗、高速开关等优良特点,可以大大降低功耗,提高电路效率和使用频率,降低电路噪声。因此,肖特基二极管在低压范围内取代了超快恢复二极管。但由于金属屏障,SBD 无法承受更高的电压。因此,在较大的电压范围内,超快恢复二极管是必不可少的。

接下来,反向恢复时间trr、对反向电压和正向电压进行比较,如下所示。

1.反向恢复时间trr对比

PN结的正向或反向特征取决于结内势垒的高度,或者换句话说,结内的载流子分布。因为一定的势垒高度对应于一定的载流子分布。在正向偏压下,势垒高度很低,结内载流子多,大大超过平衡值;反向偏压时,结内载流子少,低于平衡值PN结正偏。当转向反向偏压时,必须有一个类似于电容放电的过程,称为反向恢复过程。经历这个过程所需的时间是反向恢复时间trr。显然,这与少数民族的寿命过剩有关。超快恢复二极管的N区域通常采用金掺杂,以缩短数载流子寿命,缩短反向恢复时间。

二极管肖特基SBD正电流主要从半导体向金属注入热电子,少数空穴注入电流可忽略不计。偏压反转后,注入金属的电子原则上也会回到半导体,但这仍然需要电子保持足够的能量来超越势垒。在正偏压下,在电子偏压作用下注入金属的电子能量高于金属的费米能级,因碰撞而在很短的时间内消失在金属中。

因此,在施加反向偏压后,这些热电子只能在这个数量级内返回半导体,因此肖特基二极管实际上并不存在PN少数载流子的存储效应主要决定反向恢复时间由外部决定,由电路决定,而不是与传导机制相关的内部电子过程。因此,肖特基二极管的反向恢复时间比PN结要短得多。 肖特基二极管类似PN差分电容效应对反向恢复时间有一定影响。为减少差分电容,要求小特基二极管的有效面积尽量减小,相应外延层的掺杂浓度较低。

2.反向电压对比

一般来说,金属-半导体触点通常用于形成肖特基势垒。然而,当金属接触半导体存在于接触界面时SiO接触电阻和表面态密度显著增加,大大降低了设备的性能。为了解决这个问题,一种新的工艺技术,金属硅-硅接触势垒工艺,被用来形成非常可靠和可重复的肖特基势垒。同时,采用保护环结构等新技术,大大提高了肖特基二极管的反向特性,呈现出理想的伏安特性。但由于金属阻挡层,阻挡层相对较薄。因此,它不能承受更高的电压。超快恢复二极管具有衬底电阻率高、外延层厚、结扩散深等特点,耐压性可达数千伏,这也是超快恢复二极管不能完全替代的原因。

3.正压降比较

肖特基二极管的特殊结构决定了其体电阻小,正压降远低于超快恢复二极管,因此功耗低。在生产实践中,超快恢复二极管VF和trr改进存在矛盾。也就是说,当VF尽可能低,它的trr必然上升。同样,如果 trr提高,VF也会上升。降低功耗是不利的,通常只能在两者之间妥协,这也是超快恢复二极管的一个缺点。二极管肖特基SBD,与金半边的接触决定了它trr本身很小。正常情况下,改进 VF不会使trr变得更糟。因此,肖特基势垒二极管有利于降低功耗。

与整流二极管相比,肖特基二极管PN结超快恢复二极管具有以下优点:

1.肖特基二极管是由金属与半导体接触形成的势垒制成的二极管。它不同于扩散PN结二极管。其正压降仅为PN因此,功耗可以降低一半。

2.肖特基二极管采用大多数载流子设备PN结二极管势垒少数载流子注入和存储的瞬态恢复特性使两者在相同的应用条件下具有明显的恢复特性。不同之处在于,恢复时间约为1:50。SBD恢复时间要短得多,其开关速度是PN二极管的两倍。二极管恢复时间越短,平均功率损失越小。

综上所述,在开关电源中,肖特基二极管比超快恢复二极管更理想,其功耗可以降低一半以上,进一步提高了电源的效率。因此,肖特基二极管对于开关电源来说是必不可少的。广泛应用于稳压器、整流器、逆变器、UPS等,也可用作快速钳位二极管。

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