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肖特基二极管应用要点分析
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2017-11-10
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肖特基二极管广泛应用于开关电源中，每一个从事电子行业的人都有听过肖特基，但我们是否真正了解，肖特基内部结构、应用范围以及为什么肖特基广泛应用于高频开关电源中？那么下面就让我们一起走进肖特基的世界寻找我们想要的答案。
二极管有多种类型：按材料分为锗二极管、硅二极管、砷化镓二极管等；按管芯结构可分为面接触二极管和点接触二极管；按用途不同又可分为整流二极管、检波二极管、稳压二极管、变容二极管、光电二极管、发光二极管、开关二极管、快速恢复二极管等；按照结类型又可分为半导体结型二极管和金属半导体结型二极管，然而肖特基二极管就属于金属半导体结型二极管。
一、肖特基二极管的内部结构
肖特基（Schottky）二极管也称肖特基势垒二极管（简称SBD），是由金属与半导体接触形成的势垒层为基础制成的二极管如图 1所示，其主要特点是正向导通压降小（约0.45V），反向恢复时间短和开关损耗小，是一种低功耗、超高速半导体器件。肖特基二极管在结构原理上与PN结二极管有很大区别，它的内部是由阳极金属（用钼或铝等材料制成的阻挡层）、二氧化硅（SiO2）电场消除材料、N-外延层（砷材料）、N型硅基片、N+阴极层及阴极金属等构成，如图1所示。在N型基片和阳极金属之间形成肖特基势垒。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。
图 1
肖特基二极管存在的问题是耐压比较低，反向漏电流比较大。目前应用在功率变换电路中的肖特基二极管的大体水平是耐压在150V以下，平均电流在100A以下，反向恢复时间在10～40ns。肖特基二极管应用在高频低压电路中，是比较理想的。
二、肖特基二极管应用
开关电源当中我们经常会用到肖特基二极管，但是由于不同厂商等原因性能上就相差很大，我们选择肖特基时必须要考虑以下几点参数：
1、导通压降VF
VF为二极管正向导通时二极管两端的压降，当通过二极管的电流越大，VF越大；当二极管温度越高时，VF越小。
2、反向饱和漏电流IR
IR指在二极管两端加入反向电压时，流过二极管的电流，肖特基二极管反向漏电流较大，选择肖特基二极管是尽量选择IR较小的二极管。
3、额定电流IF
指二极管长期运行时，根据允许温升折算出来的平均电流值。
4. 最大浪涌电流IFSM
允许流过的过量的正向电流。它不是正常电流，而是瞬间电流，这个值相当大。
5．最大反向峰值电压VRM
即使没有反向电流，只要不断地提高反向电压，迟早会使二极管损坏。这种能加上的反向电压，不是瞬时电压，而是反复加上的正反向电压。因给整流器加的是交流电压，它的最大值是规定的重要因子。最大反向峰值电压VRM指为避免击穿所能加的最大反向电压。目前肖特基最高的VRM值为150V。
6. 最大直流反向电压VR
上述最大反向峰值电压是反复加上的峰值电压，VR是连续加直流电压时的值。用于直流电路，最大直流反向电压对于确定允许值和上限值是很重要的。
7．最高工作频率fM
由于PN结的结电容存在，当工作频率超过某一值时，它的单向导电性将变差。肖特基二极管的fM值较高，最大可达100GHz。
8．反向恢复时间Trr
当工作电压从正向电压变成反向电压时，二极管工作的理想情况是电流能瞬时截止。实际上，一般要延迟一点点时间。决定电流截止延时的量，就是反向恢复时间。虽然它直接影响二极管的开关速度，但不一定说这个值小就好。也即当二极管由导通突然反向时，反向电流由很大衰减到接近IR时所需要的时间。大功率开关管工作在高频开关状态时，此项指标至为重要。
9. 最大耗散功率P
二极管中有电流流过，就会吸热，而使自身温度升高。在实际中外部散热状况对P也是影响很大。具体讲就是加在二极管两端的电压乘以流过的电流加上反向恢复损耗。
三、肖特基与快恢复二极管对比
快恢复二极管是反向恢复时间很短的二极管（5us以下），其正向压降高于普通二极管（0.8~2V）反向耐压在1200V以下，在性能上可以分为快恢复和超快恢复，后者可以达到100ns以下。
肖特基二极管反向恢复时间在10ns以下，反向漏电流较大，耐压低，一般低于150V多用于低压场合。
肖特基二极管和快恢复二极管区别：前者的恢复时间比后者小一百倍左右，前者的反向恢复时间大约为几纳秒。前者的优点还有低功耗，大电流，超高速；后者有较高的开关速度，同时也能得到较高的耐压，反向漏电小，可用于电压较高且频率较高的场合。
另外肖特基二极管的ESD承受能力低于快恢复二极管。
二极管有多种类型：按材料分为锗二极管、硅二极管、砷化镓二极管等；按管芯结构可分为面接触二极管和点接触二极管；按用途不同又可分为整流二极管、检波二极管、稳压二极管、变容二极管、光电二极管、发光二极管、开关二极管、快速恢复二极管等；按照结类型又可分为半导体结型二极管和金属半导体结型二极管，然而肖特基二极管就属于金属半导体结型二极管。
一、肖特基二极管的内部结构
肖特基（Schottky）二极管也称肖特基势垒二极管（简称SBD），是由金属与半导体接触形成的势垒层为基础制成的二极管如图 1所示，其主要特点是正向导通压降小（约0.45V），反向恢复时间短和开关损耗小，是一种低功耗、超高速半导体器件。肖特基二极管在结构原理上与PN结二极管有很大区别，它的内部是由阳极金属（用钼或铝等材料制成的阻挡层）、二氧化硅（SiO2）电场消除材料、N-外延层（砷材料）、N型硅基片、N+阴极层及阴极金属等构成，如图1所示。在N型基片和阳极金属之间形成肖特基势垒。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。
图 1
肖特基二极管存在的问题是耐压比较低，反向漏电流比较大。目前应用在功率变换电路中的肖特基二极管的大体水平是耐压在150V以下，平均电流在100A以下，反向恢复时间在10～40ns。肖特基二极管应用在高频低压电路中，是比较理想的。
二、肖特基二极管应用
开关电源当中我们经常会用到肖特基二极管，但是由于不同厂商等原因性能上就相差很大，我们选择肖特基时必须要考虑以下几点参数：
1、导通压降VF
VF为二极管正向导通时二极管两端的压降，当通过二极管的电流越大，VF越大；当二极管温度越高时，VF越小。
2、反向饱和漏电流IR
IR指在二极管两端加入反向电压时，流过二极管的电流，肖特基二极管反向漏电流较大，选择肖特基二极管是尽量选择IR较小的二极管。
3、额定电流IF
指二极管长期运行时，根据允许温升折算出来的平均电流值。
4. 最大浪涌电流IFSM
允许流过的过量的正向电流。它不是正常电流，而是瞬间电流，这个值相当大。
5．最大反向峰值电压VRM
即使没有反向电流，只要不断地提高反向电压，迟早会使二极管损坏。这种能加上的反向电压，不是瞬时电压，而是反复加上的正反向电压。因给整流器加的是交流电压，它的最大值是规定的重要因子。最大反向峰值电压VRM指为避免击穿所能加的最大反向电压。目前肖特基最高的VRM值为150V。
6. 最大直流反向电压VR
上述最大反向峰值电压是反复加上的峰值电压，VR是连续加直流电压时的值。用于直流电路，最大直流反向电压对于确定允许值和上限值是很重要的。
7．最高工作频率fM
由于PN结的结电容存在，当工作频率超过某一值时，它的单向导电性将变差。肖特基二极管的fM值较高，最大可达100GHz。
8．反向恢复时间Trr
当工作电压从正向电压变成反向电压时，二极管工作的理想情况是电流能瞬时截止。实际上，一般要延迟一点点时间。决定电流截止延时的量，就是反向恢复时间。虽然它直接影响二极管的开关速度，但不一定说这个值小就好。也即当二极管由导通突然反向时，反向电流由很大衰减到接近IR时所需要的时间。大功率开关管工作在高频开关状态时，此项指标至为重要。
9. 最大耗散功率P
二极管中有电流流过，就会吸热，而使自身温度升高。在实际中外部散热状况对P也是影响很大。具体讲就是加在二极管两端的电压乘以流过的电流加上反向恢复损耗。
三、肖特基与快恢复二极管对比
快恢复二极管是反向恢复时间很短的二极管（5us以下），其正向压降高于普通二极管（0.8~2V）反向耐压在1200V以下，在性能上可以分为快恢复和超快恢复，后者可以达到100ns以下。
肖特基二极管反向恢复时间在10ns以下，反向漏电流较大，耐压低，一般低于150V多用于低压场合。
肖特基二极管和快恢复二极管区别：前者的恢复时间比后者小一百倍左右，前者的反向恢复时间大约为几纳秒。前者的优点还有低功耗，大电流，超高速；后者有较高的开关速度，同时也能得到较高的耐压，反向漏电小，可用于电压较高且频率较高的场合。
另外肖特基二极管的ESD承受能力低于快恢复二极管。
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