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硬件基础知识补全计划【四】通用、整流和肖特基二极管

时间:2024-11-10 19:17:44浏览次数:3  
标签:补全 肖特基 二极管 基础知识 反向 电压 正向 电流

一、二极管概念

1.1 PN结

二极管是用半导体材料(硅、硒、锗等)制成的一种电子器件 。二极管有两个电极,正极,又叫阳极;负极,又叫阴极,给二极管两极间加上正向电压时,二极管导通, 加上反向电压时,二极管截止。 二极管的导通和截止,则相当于开关的接通与断开。二极管具有单向导电性能,导通时电流方向是由阳极通过管子流向阴极。

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1.2 一般二极管伏安特性曲线 

下图中:

PN 结没有电压的状态:

  • 电流 i = 0。

PN 是正电压状态:

  • u < Uon 时,正向电路 i ≈ 0。
  • u > Uon 时,正向电流 i 随电压增长 u 随指数增长。

N加外加反向电压

  • u < Ubr 时,反向电流i = Is, Is 很小,通常忽略不计。
  • u> Ubr 时,反向电流i急剧增加,称之为反向击穿,此原理制成稳压管,TVS管等。

其中:Uon为正常开启电压,Ubr为反向击穿电压。

得出结论:PN结具有单向导电性。 外加正向且大于 Uon 开启电压时,PN 结导通;外加正向且小于 Uon 或外加反向且小于 Ubr 时,PN 结截止;外加反向电压且大于 Ubr 时,PN 结反向击穿。
 

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二、二极管类型

2.1 通用二极管

特点:电流小,工作频率高。

选型依据:正向电流、正向压降、功耗,反向最大电压,反向恢复时间。

典型型号:BAS316 IN4148WS

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2.2 整流二极管

通常用于整流桥滤波成直流电

特点:电流大、工作频率低

关注参数:正向电流、正向压降、功耗、反向最大电压、封装等

典型型号:IN4007

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 单项桥式整流电路配置了四个二极管。

交流电在 0~π 电流如左侧红色路径走向,在 π~2π 之间则是蓝色走向。这样就获得了比单项半波整流电路提升二倍的效率。

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 加入电容可以滤波,使得脉冲平稳。

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2.3 肖特基二极管

特点:开关频率高,正向压降低。

关注参数:正向电流,正向压降,功耗,反向最大电压,封装等。

应用场合:肖特基二极管的结构及特点使其适合于在低压、高频、大电流,比如降压(BUCK)降压的续流二极管,升压(BOOST)升压的隔离二极管等。

下图位防反接应用:

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DC 电源中做续流二极管使用:

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三、肖特基二极管

定义:以发明人肖特基博士 (Schottky) 命名,,SBD (Schottky Barrier Diode) 是肖特基势垒二极管的缩写,不同于一般二极管的P半导体和N半导体接触形成,肖特基二极管是利用金属和半导体接触形成。

肖特基的两个主要特点,一个是正向导通压降比较低,一般在0.15-0.5V之间,导通压降低可以提高系统的效率。

还有一个是反向恢复时间短,一般在几个纳秒。大电流的肖特基二极管常用来作为整流管。小电流的肖特基,经常用作续流二极管,因为其反向恢复时间短的优点。

3.1 快回复二极管与肖特基二极管的区别

  • 快回复二极管的反向恢复时间为数百纳秒,超快恢复型的在100纳秒以下;
  • 肖特基一般几十,最小的几个纳秒。
  • 快回复二极管反向耐压高,一般都高于200v,高的上千v;
  • 肖特基用在低压场合,反向耐压100V以下,一般在几十v左右。
  • 肖特基的正向导通压降一般比快回复二极管更低;
  • 快回复二极管功耗大,肖特基二极管损耗及噪声小;

3.2 作为续流二极管

续流二极管叫 flyback diode,其实就是二极管,在电路中充当的作用是续流,常采用肖特基二极管或者快恢复二极管作为 “续流二极管”。

有在使用感性器件的电路中常见续流二极管,如DC-DC电路、继电器控制电路、蜂鸣器控制电路等。

举个例子:如下的三极管驱动继电器电路中,会加入续流二极管保护三极管。

原理是:继电器吸合状态,通过继电器线圈的电流是从上往下,但是在继电器断开状态,线圈上会产生反向的感应电动势,如图所示,线圈的上端会变为负,下端变为正,加一个续流二极管,和线圈形成了一个放电回路,电流方向是从下往上,避免损坏三极管。

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3.3 肖特基二极管参数解读

我们用 Diodes 公司推出的 1N5817-1N5819 通用手册肖特基二极管手册来解读:

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3.3.1 Vr 最大反向电压

Peak Repetitive Reverse Voltage ;Working Peak Reverse Voltage ;DC Blocking Voltage

在 Ta=25 下超过二极管最大的反向电压 VR,二极管会被击穿,导致损坏。

3.3.2 Io 平均整流正向电流

Average Rectified Output Current 

平均正向电流,这个电流值是可持续性的,我们看到手册上标注的是 1A。

3.3.3 Ifsm 峰值正向浪涌

Non-Repetitive Peak Forward Surge Current 8.3ms

峰值正向浪涌电流,是非重复性的,我们看到手册上标注的是 25A。

3.3.4 Vf 导通压降

Forward Voltage

VF 为肖特基二极管正向导通时肖特基二极管两端的压降,选择肖特基二极管是尽量选择 VF 较小的肖特基二极管。我们看到手册上标注的是 0.45 到 0.6 V 不等。

3.3.5 IR 反向漏电流:

Peak Reverse Leakage Current

IR 指在肖特基二极管两端加入反向电压时,流过肖特基二极管的电流,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 较小的肖特基二极管。

3.3.4 Tj 工作温度

Operating and Storage Temperature Range

工作温度和储存温度

四、普通二极管,肖特基,整流管选型技巧

  1. 根据用途,确定二极管的类型,肖特基还是普通二极管,快回复还是大整流管。
  2. 根据电路正常工作的最大电流,以及瞬间能产生的最大电流,确定二极管的 Io 和 Ifsm 值。
  3. 根据电路能出现大最大反向电压,确定 VR 值。
  4. 根据电路功耗要求,确定反向电流 IR,肖特基的,一般都很小,1uA 左右,低功耗应用,也要非常注意。
  5. 根据输出电压的要求,确定 vi 的值。

这个要特别考虑,如上图, Vfmax=0.6V@If=200mA,指的是正向电流在200mA时,二极管正向压降最大不超过0.6V。

一定范围内,二极管的正向电压其实和正向电流成正比,电流越大,压降越大,这个时候要看一下我们的实际电路电流情况。

同时也要看一下工作温度,正向压降和工作温度也强相关。

这个时候,需要看一下二极管的VF-IF曲线,作为参考选型。
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标签:补全,肖特基,二极管,基础知识,反向,电压,正向,电流
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