肖特基二極管以其發(fā)明者肖特基博士命名，是肖特基勢壘二極管(SBD)的縮寫。

　　肖特基二極管的原理和結(jié)構(gòu)

　　肖特基二極管與其他二極管相比有什么特別之處？

　　SBD不是利用P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體接觸形成PN結(jié)的原理制成的，而是利用金屬和半導(dǎo)體接觸形成金屬-半導(dǎo)體結(jié)的原理制成的。因此，SBD，也稱為金屬半導(dǎo)體(接觸)二極管或表面勢壘二極管，是一種熱載流子二極管。

　　典型的肖特基整流器的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)是基于N型半導(dǎo)體，在其上形成以砷作為摻雜劑的N外延層。陽極由鉬或鋁制成。二氧化硅(SiO2 _ 2)用于消除邊緣區(qū)域的電場，提高管道的耐壓性。n型襯底通態(tài)電阻小，摻雜濃度比H層高100%。在襯底下形成N+陰極層，以降低陰極的接觸電阻。通過調(diào)整結(jié)構(gòu)參數(shù)，在N型襯底和陽極金屬之間形成肖特基勢壘，如圖所示。當(dāng)正向偏壓施加到肖特基勢壘的兩端時(陽極金屬連接到電源的正極，N型襯底連接到電源的負(fù)極)， 肖特基勢壘層變得更窄，其內(nèi)阻變得更小。相反，如果反向偏壓施加到肖特基勢壘的兩端，肖特基勢壘層變寬，其內(nèi)阻變大。

　　肖特基整流器只用一個載流子(電子)傳輸電荷，勢壘外沒有多余少數(shù)載流子的積累。因此，不存在電荷存儲問題(Qrr→0)，顯著改善了開關(guān)特性。反向恢復(fù)時間可以縮短到小于10納秒。但其反向耐受電壓值較低，一般不超過100V V，因此適合在低電壓大電流下工作。利用這種低壓降的特性，可以提高低壓大電流整流(或續(xù)流)電路的效率。

　　肖特基二極管的封裝

　　肖特基二極管分為兩種封裝形式:引線和表面貼裝(SMD)。引線封裝肖特基二極管通常用作高頻大電流整流二極管、續(xù)流二極管或保護二極管。有單管和對管(雙二極管)兩種封裝形式。肖特基對管有三種pin引出方式:共陰極(兩管負(fù)極相連)、共陽極(兩管正極相連)、串聯(lián)(一個二極管正極與另一個二極管負(fù)極相連)。

　　表面封裝肖特基二極管有多種封裝形式，如單管型、雙管型和三管型，引腳引出方式有~19種。

　　肖特基二極管的優(yōu)勢

　　SBD的主要優(yōu)勢包括兩個方面:

　　1)由于肖特基勢壘的高度低于PN結(jié)勢壘，其正向?qū)ê驼驂航档陀赑N結(jié)二極管(低0.2V左右)。

　　2)因為SBD是多數(shù)載流子傳導(dǎo)器件，所以不存在少數(shù)載流子壽命和反向恢復(fù)問題。SBD的反向恢復(fù)時間只是肖特基勢壘電容的充放電時間，與PN結(jié)二極管的反向恢復(fù)時間完全不同。由于SBD的反向恢復(fù)電荷很小，開關(guān)速度很快，開關(guān)損耗很小，特別適合高頻應(yīng)用。

　　肖特基二極管的缺點

　　肖特基二極管的缺點是反向偏置低，反向漏電流高。比如硅和金屬制成的肖特基二極管，其額定耐受電壓只有50V，而反向漏電流具有正溫度特性，隨著溫度的升高往往會迅速增大。因此，在實際設(shè)計中應(yīng)注意熱失控的隱患。為了避免上述問題，實際使用中肖特基二極管的反向偏置電壓遠小于其額定值。當(dāng)然，隨著工藝技術(shù)和肖特基二極管技術(shù)的進步，其反向偏置電壓的額定值也在提高。

　　肖特基二極管的重要參數(shù)

　　肖特基二極管應(yīng)用廣泛，尤其是在開關(guān)電源中。在不同的應(yīng)用中，需要考慮不同的因素，不同的器件有不同的性能。因此，在選擇肖特基二極管時，需要綜合考慮以下參數(shù)。

　　1.開啟電壓降VF

　　VF是二極管正向?qū)〞r二極管兩端的壓降，流過二極管的電流越大，VF越大；當(dāng)二極管溫度較高時，VF較小。

　　2.反向飽和漏電流IR

　　IR指的是當(dāng)二極管兩端施加反向電壓時，流經(jīng)二極管的電流。肖特基二極管反向漏電流較大，應(yīng)盡量選擇IR較小的二極管。

　　3.額定電流IF

　　指二極管長時間運行時，按允許溫升換算的平均電流值。

　　4.浪涌電流IFSM

　　允許流動的過量正向電流。不是正常電流，是瞬時電流，相當(dāng)大。

　　5.反向峰值電壓VRM

　　即使沒有反向電流，只要反向電壓不斷升高，二極管遲早會損壞。可以加的反向電壓不是瞬時電壓，而是重復(fù)的正負(fù)電壓。因為交流電壓施加于整流器，所以其值是一個重要因素。反向峰值電壓VRM指的是可以施加以避免擊穿的反向電壓。目前肖特基的VRM值為150V V。

　　6.DC反向電壓VR

　　反向峰值電壓是重復(fù)施加的峰值電壓，VR是連續(xù)施加DC電壓時的值。對于DC電路，DC反向電壓對確定允許值和上限值非常重要。

　　7.工作頻率fM

　　由于PN結(jié)的結(jié)電容，當(dāng)工作頻率超過一定值時，其單向?qū)ㄐ詴儾睢Ｐぬ鼗O管的fM值很高，可以達到100GHz。

　　8.反向恢復(fù)時間Trr

　　當(dāng)工作電壓由直流電壓變?yōu)榉聪螂妷簳r，二極管工作的理想情況是能瞬間切斷電流。其實一般需要一點時間。決定電流切斷延遲的量是反向恢復(fù)時間。雖然直接影響二極管的開關(guān)速度，但不一定代表這個值小。也就是說，當(dāng)二極管突然從導(dǎo)通狀態(tài)反向時，反向電流從大IR衰減到近IR。當(dāng)大功率開關(guān)管工作在高頻開關(guān)狀態(tài)時，這個指標(biāo)非常重要。

　　9.耗散功率p

　　當(dāng)電流流過二極管時，它會吸收熱量并提高其溫度。實際上，外部散熱對p也有很大影響，具體來說，二極管兩端的電壓乘以流過的電流和反向恢復(fù)損耗。

　　肖特基二極管在開關(guān)電源中的應(yīng)用

　　開關(guān)電源由高頻變壓器、高頻電容、高背壓大功率晶體管、功率整流二極管、控制IC等主要元件組成。次級整流二極管作為耗能元件，損耗高(約占功耗的30%)，發(fā)熱量大。它的選擇對于電源的整體效率和可靠性是一個非常關(guān)鍵的因素，這就要求整流二極管在高速大電流工作條件下，應(yīng)具有正向壓降VF小、反向漏電流IR小、恢復(fù)時間Trr短的特性。

　　肖特基二極管是低壓大電流高頻整流的最佳選擇(此時由于其反向耐壓低)，常用作5V、12V、15V的整流輸出管。(比如電腦電源的+5V輸出多采用SR3040，+12V輸出采用SR1660)。此外，肖特基二極管的正向壓降VF和結(jié)溫TJ呈現(xiàn)負(fù)溫度系數(shù)，因此用其制成的開關(guān)電源具有高效率、低溫升、低噪聲和高可靠性。

　　以下是具體應(yīng)用中應(yīng)該注意的問題:1。肖特基二極管的選擇應(yīng)根據(jù)開關(guān)電源的電壓VO、電流IO、散熱、負(fù)載、安裝要求和要求的溫升來確定。

　　一般的設(shè)計，要留一定的余量。比如VR只使用其額定值的80%以下(特殊情況下可以控制在50%以下)，IF使用其額定值的40%以下。

　　在單端反激式開關(guān)電源中，假設(shè)一個乘積:輸入電壓VIMAX=350VDC，輸出電壓VO=5V，電流IO=1A。如圖所示。

　　根據(jù)計算公式，整流二極管的反向電壓VR和正向電流IF需要滿足以下條件:

　　VR≥2VI×NS/NP

　　IF≥2IO/(最大1θ)

　　其中包括:

　　NS/NP是變壓器的次級和初級匝數(shù)比。

　　θMAX為占空比。

　　假設(shè)NS/NP=1/20，θMAX=0.35。

　　則VR≥2×350/20=35(V)

　　IF≥2×1/(1-0.35)=3(A)

　　這樣我們可以參考SR340或者1N5822。如果產(chǎn)品是風(fēng)扇冷卻的，管道可以保持較小的余量。TO220和TO3P封裝的管子可以是全封裝的，也可以是半封裝的，要根據(jù)具體情況來選擇。

　　半封裝管的散熱比全封裝管好，但要注意它的散熱器是和中間引腳連接的。

　　如果負(fù)載是容性的，建議再留出20%的余量。

　　注意功率肖特基二極管的散熱和安裝形式，明確產(chǎn)品是自然冷卻還是風(fēng)扇冷卻，將燈管安裝在容易通風(fēng)散熱的地方，提高產(chǎn)品的可靠性。應(yīng)在TO-220和TO-3P管道和散熱器之間添加導(dǎo)熱硅脂，以確保管道和散熱器之間的良好接觸。DO-41和DO-201AD包裝管可垂直安裝、水平安裝和架空安裝，根據(jù)實際情況確定。

　　2.肖特基二極管RC補償網(wǎng)絡(luò)的正確選擇——RC緩沖器由于高頻變壓器的漏電感與管的結(jié)電容在關(guān)斷時形成諧振電路，可導(dǎo)致瞬時過電壓振蕩。因此，需要在電源輸出中設(shè)置RC緩沖器，以保護管道的安全。此外，RC網(wǎng)絡(luò)還可以降低輸出噪聲，減少管道的熱量消耗，提高產(chǎn)品的效率和可靠性。如上圖所示。

　　緩沖器的選擇原則是使緩沖器有效，損失最小。以下是參考公式。

　　R=√(Li/Cj)/n

　　式中:Li為變壓器漏電感(μH)

　　CJ是電子管的結(jié)電容(PF)。

　　n是原邊和副邊的匝數(shù)比(NP/NS)

　　電容c可以從0.01到0.1μF任意取值，具體數(shù)值已經(jīng)通過實驗確定。

　　對于VO=5V，r = 5.1ω，可以選擇0.5w和c = 0.01μ f。

　　盡量選擇IR小的肖特基二極管。

　　IR小的燈管熱耗低，同樣情況下，應(yīng)選擇IR小的燈管。

　　PCB設(shè)計時，燈管和散熱器應(yīng)盡可能遠離電解電容等熱敏器件。從而延長產(chǎn)品的使用壽命。

　　焊管的焊墊要足夠大，焊接要牢固，以免熱應(yīng)力脫焊。

　　肖特基二極管一旦選定，就要在產(chǎn)品輸入輸出不良的情況下，通過模擬實驗測量其溫升和工作波形，確保各項指標(biāo)不超過其極限參數(shù)。