吉林華微電子股份有限公司
>>位置:首頁-技術園地

技術園地

肖特基應用報告

2006/9/15 | 來自:

肖特基應用報告

一、肖特基原理簡介

肖特基勢壘二極管SBDSchottky Barrier Diode),簡稱肖特基二極管)是近年來問世的低功耗、大電流、超高速半導體器件。其反向恢復時間極短(可以小到幾納秒),正向導通的壓降較低,而整流電流卻可達到幾千安培。這些優良特性是快恢復二極管所無法比擬的。
    1.
結構原理
    
肖特基二極管是貴金屬(金、銀、鋁、鉑等)A為正極,以N型半導體B為負極,利用二者接觸面上形成的勢壘具有整流特性而制成的多屬-半導體器件。因為N型半導體中存在著大量的電子,貴金屬中僅有極少量的自由電子,所以電子便從濃度高的B中向濃度低的A中擴散。顯然,金屬A中沒有空穴,也就不存在空穴自AB的擴散運動。隨著電子不斷從B擴散到A,B表面電子濃度表面逐漸降低,表面電中性被破壞,于是就形成勢壘,其電場方向為B→A。但在該電場作用之下,A中的電子也會產生從A→B的漂移運動,從而消弱了由于擴散運動而形成的電場。當建立起一定寬度的空間電荷區后,電場引起的電子漂移運動和濃度不同引起的電子擴散運動達到相對的平衡,便形成了肖特基勢壘。

1)典型的肖特基整流管的內部電路結構如圖1所示。它是以N型半導體為基片,在上面形成用砷作摻雜劑的N-外延層。陽極(阻檔層)金屬材料是。二氧化硅(SiO2)用來消除邊緣區域的電場,提高管子的耐壓值。N型基片具有很小的通態電阻,其摻雜濃度較H-層要高100%。在基片下邊形成N+陰極層,其作用是減小陰極的接觸電阻。通過調整結構參數,可在基片與陽極金屬之間形成合適的肖特基勢壘,當加上正偏壓E時,金屬AN型基片B分別接電源的正、負極,此時勢壘寬度Wo變窄。加負偏壓-E時,勢壘寬度就增加,見圖1。

1

2)綜上所述,肖特基整流管的結構原理與PN結整流管有很大的區別通常將PN結整流管稱作結整流管,而把金屬-半導管整流管叫作肖特基整流管,近年來,采用硅平面工藝制造的鋁硅肖特基二極管也已問世,這不僅可節省貴金屬,大幅度降低成本,還改善了參數的一致性。
    
肖特基整流管僅用一種載流子(電子)輸送電荷,在勢壘外側無過剩少數載流子的積累,因此,不存在電荷儲存問題(Qrr→0),使開關特性獲得時顯改善。其反向恢復時間已能縮短到10ns以內。但它的反向耐壓值較低,一般不超過100V。因此適宜在低壓、大電流情況下工作。利用其低壓降這特點,能提高低壓、大電流整流(或續流)電路的效率 。

2.性能比較

1列出了普通二極管、快恢復二極管、超快恢復二極管、肖特基二極管、砷化鎵肖特基二極管的性能比較。由表可見,肖特基二極管的trr較低。

參數

普通二極管

FRD

UFRD

SiSBD

GaAs-SBD

VDF(V)

1.2-1.4

1.2-1.4

0.9-1

0.4-0.6

1-1.5

trr(ns)

1000

200-750

25-100

10

5-10

PIV(V)

50-1000

50-1000

50-1000

15-100

150-350

可用頻率

50HZ

20-100HZ

200KHZ

1MHZ

大于1MHZ

應用

輸入整流

輸出整流

輸出整流

輸出整流

輸出整流

工作電壓

 

 

48V或更高

4-5V

12-24V

1

二、實際電路應用:

1.機箱電源上的應用

在機箱電源上肖特基整流二極管用于輸出整流輸出電路。由于輸出整流二極管的開關損耗占系統損耗的比重很大,是影響開關電源效率的主要因素。主要包括正向導通損耗和反向恢復損耗。由于肖特基二極管導通時正向壓降較低,因此具有更低的正向導通損耗。此外,肖特基二極管反向恢復時間短,在降低反向恢復損耗,以及消除輸出電壓中紋波電壓方面有明顯的性能優勢,故在機箱電源上選用肖特基二極管作為整流二極管。圖2為肖特基在機箱電源電路中的應用電路。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


2

2.電動自行車上的應用

在電動自行車上主要在控制器上應用肖特基二極管。由控制器電路(圖3)中可以看出,處于電機并聯位置的二極管,起釋放電機產生的感應電動勢的作用。用于保護與之串聯的MOSFET被擊穿。由于釋放電流較大,所以要求此處二極管的正向壓降必須相對較小。肖特基二極管符合此處電路特點。所以被應用到此處。

 

3

三、應用電路對肖特基二極管參數要求

在機箱電源電路中,肖特基二極管工作在高頻(47.6KHZ)狀態,并且由于肖特基二極管本身的反向恢復時間trr極短,故開關損耗可以忽略。工作在正偏電壓時,由于工作電流很大(一般在10A以上),正向壓降VF越低越好;工作在反偏電壓時,肖特基二極管兩端電壓于輸出變壓器初級繞組上的感應電壓有關,要求大于30V,圖3為肖特基在實際應用電路中的電壓測試波形。

 

4(注:信號1,信號2是兩管的電壓信號。)

同時考慮到開關通斷時有幾伏浪涌電壓疊加在這電壓上,VBR大于40V。同時由于肖特基在工作時損耗較大,工作中有一定的溫升。此時肖特基處于高結溫狀態,高溫反向漏電流IR要求越小越好。建議5V輸出選用SBL3045,12V輸出選用SBL20100。

1.在控制器電路中,要求有更高的VBR,相應的工作電流較小。建議選用20100。

自行車低速行駛電流電壓波形(信號1為電壓,信號2為電流)。

自行車高速行駛電流電壓波形(信號1為電壓,信號2為電流)。

自行車啟動,停止波形(信號1為電壓,信號2為電流)。

 

友情鏈接: 中華人民共和國工業和信息化部 中國證券監督管理委員會 上海證券交易所 中國半導體行業協會 吉林麥吉柯半導體有限公司 吉林華微斯帕克電氣有限公司 廣州華微電子有限公司
版權所有:華微電子 建議使用IE9以上瀏覽器,分辨率1440*900以上 吉公網安備 22029002000108號 吉ICP備05007102號 技術支持:百航科技
三级小说