發布日期：2022-10-09 點擊率：113
【導讀】本文將真正的肖特基二極管作為正向壓降的選擇。本文檔描述了低、中和高電壓電平應用，以及具有理想動態行為的二極管、快速反向恢復 PN 二極管、真正的肖特基二極管和特定應用的勢壘高度調整。
本文將真正的肖特基二極管作為正向壓降的選擇。本文檔描述了低、中和高電壓電平應用，以及具有理想動態行為的二極管、快速反向恢復 PN 二極管、真正的肖特基二極管和特定應用的勢壘高度調整。
根據熱電子發射模型，純肖特基勢壘呈現正向壓降，隨著勢壘高度的減小呈線性下降；而反向電流隨著勢壘高度的降低呈指數增長。因此，存在一個 勢壘高度，它可以 化特定應用的正向和反向功耗總和。然而，與肖特基二極管用戶的討論表明，他們并不尋求正向和反向功耗的 值，而總是尋求正向壓降的 值。很少要求反向電流值。必須了解肖特基二極管是如何應用的，才能客觀地選擇 合適的器件。
低電壓應用
在電路電壓低的大功率應用中，并使用阻斷電壓低于 25V 的肖特基二極管，二極管的正向功率損耗在功率損耗的平衡中仍然占主導地位。主要應用是開關模式電源 (SMPS)。此處有人認為，正向壓降降低 4 mV 會導致正向功率損耗降低約 1%。因此，為此應用創建的組件具有低勢壘高度（小于 0.74 eV）和高度摻雜的薄外延漂移層。這導致器件具有低正向壓降和高但仍可接受的反向電流。
中高壓級應用
另一方面，使用中壓或高壓肖特基類型（VRRM 范圍為 45 V 至 150 V）的高功率應用中的反向功率損耗與正向功率損耗相當，甚至可能更高。盡管如此，大多數用戶并不要求低反向電流，而只是要求低正向壓降。
具有理想動態行為的二極管
除了正向和反向器功率損耗外，顯然還有第三種品質，但難以量化。然而，正如經驗所示，它對正向壓降有影響。
我想這種品質是由真實肖特基二極管的動態特性和開關損耗表現出來的。由于它們在具有昂貴測試設備的范圍內出現的時間較短，此外，它們的依賴性的細微差異無法明顯。
快速反向恢復 PN 二極管
與理想二極管相比，具有少數載流子電流分量的 pn 二極管在正向電流降至零后仍“記住”它們之前的導通狀態。這是由于注入的少數載流子（n 區中的空穴）會隨著調整后的少數載流子壽命 t 呈指數衰減或被反向電流掃除。pn 二極管會在電流過零后延遲一段時間恢復其反向阻斷能力。少數載流子壽命可以通過將壽命抑制物（金或鉑）擴散到 n 區或將二極管芯片暴露在輻射中來減少。
真正的肖特基二極管
真正的肖特基二極管也通過其勢壘注入少數載流子，盡管它小了幾個數量級。這種現象稱為外延層調制。注入隨著勢壘高度、電壓類型、正向電流密度和結溫的增加而增加。
由于上述技術測量困難，我們模擬了真實肖特基二極管的關斷行為。在下面的圖 1 中，繪制了類型電壓為 100 V、有效面積為 0.323 cm2 的肖特基二極管的電流和電壓波形隨時間變化的曲線。預設工作條件為 50 A 正向電流、300 A/?s 換向期間、25 V 反向偏置電壓和 25°C 結溫。考慮了勢壘高度為 0.74、0.8 和 0.86 eV 的三種不同材料。關斷能量分別為 0.86、1.0 和 2.3 ?W。仿真模型清楚地表明，n 摻雜外延層中來自導電相的剩余少數載流子決定了 LC 電路微分方程通解的初始條件，它由一個關斷電感線圈、結電容和 25 V 的強制反向電壓偏置組成。
由于真正的肖特基二極管在換向后阻止反向電壓的延遲能力——隨著勢壘高度的增加而增長——，諧振電路對過大的反向電流（即大于換向關斷斜率乘以 LC 的平方根）、過大的反向電壓（即超過驅動反向電壓的兩倍）和陡峭的啟動、過大的 dv/dt（即大于驅動反向電壓除以 LC 的平方根）。隨著勢壘高度的增加，動態參數和開關損耗的過剩變得更加明顯。
由于實際肖特基二極管在換向后阻止反向電壓的延遲能力——隨著勢壘高度的增加而增長——，諧振電路對過大的反向電流作出反應（即大于換向關斷斜率乘以 LC 的平方根）、過大的反向電壓（即大于驅動反向電壓的兩倍）和陡峭的啟動、過大的 dv/dt（即大于驅動反向電壓除以 LC 的平方根）。
隨著勢壘高度的增加，動態參數和開關損耗的過剩變得更加明顯。由于實際肖特基二極管在換向后阻止反向電壓的延遲能力——隨著勢壘高度的增加而增長——，諧振電路對過大的反向電流作出反應（即大于換向關斷斜率乘以 LC 的平方根）、過大的反向電壓（即大于驅動反向電壓的兩倍）和陡峭的啟動、過大的 dv/dt（即大于驅動反向電壓除以 LC 的平方根）。隨著勢壘高度的增加，動態參數和開關損耗的過剩變得更加明顯。
過大的反向電壓（即大于驅動反向電壓的兩倍）和陡峭的啟動，過大的 dv/dt（即大于驅動反向電壓除以 LC 的平方根）。隨著勢壘高度的增加，動態參數和開關損耗的過剩變得更加明顯。過大的反向電壓（即大于驅動反向電壓的兩倍）和陡峭的啟動，過大的 dv/dt（即大于驅動反向電壓除以 LC 的平方根）。隨著勢壘高度的增加，動態參數和開關損耗的過剩變得更加明顯。
另一方面，為了增加勢壘高度和類型電壓，外延層中增加的調制降低了外延漂移層的電阻率和正向壓降。如圖 2 所示，這種降低可能比實際勢壘上電壓降的增加更為明顯。我們在 232 A/cm2 和室溫下的 100 V 示例的數字是： 1. 對于 勢壘 0.86 eV，具有 正向壓降 0.78 V 的二極管具有 差的動態值，并且；2. 勢壘 0.74 eV 的 0.8 V 正向壓降具有 動態值。因此，具有 正向壓降的 80 V 以上類型電壓的真正肖特基二極管并不是快的。
屏障光的特定應用調整
我認為，對于電路設計者來說，動態行為的偏差和具有結電容的理想二極管的相應開關損耗比非常高的反向電流更不利。事實上，勢壘高度為 0.74 eV 的二極管的反向電流比勢壘高度為 0.86 eV 的二極管的反向電流高約 25 倍。超過一定限度，呈指數增長的反向電流（典型的低勢壘高度）變得不可接受。但是，這取決于相應的應用程序。
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