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科技前沿 | 肖特基二极管的目前趋势

最新更新时间:2021-09-02 08:33
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虽然肖特基二极管已经上市有几十年了,新的发展和产品却不断增强了它的特性并扩展了应用的可能性。除了太阳能电池板和汽车,它们现在也被用于笔记本电脑、智能手机和平板电脑的电池充电器。但是,哪些二极管适合于何种用途,在选择正确的解决方案时又应该有哪些考虑呢?

早在 1938 年,德国物理学家 Walter Schottky 开发了金属-半导体接触的模型。与半导体-半导体接触相反,肖特基二极管由于材料组成的选择方式在半导体的界面上形成了一个耗尽区而因此具有势垒。这防止了低于特定功率阈值的电功率在金属和半导体之间流通。肖特基二极管因此比其他金属-半导体二极管(例如:表现出欧姆电阻行为的欧姆接触)为转移提供了更大的势垒。


由于这种特性,肖特基二极管主要用于以下两个领域:

  1. 整流,换句话说,在开关电源(开关模式电源,SMPS)或电源整流器内部的交流至直流转换,以及直流电压转换。

  2. 阻止直流电流和相反极性的直流的反向流动,例如当电池插入不正确时。

 

由于其较高的开关速度,肖特基二极管主要用于高达微波范围的高频应用。这也是由于它们的低饱和能力。因此,它们通常在开关电源中以续流二极管或整流器二极管的形式用作降低感应电压的保护二极管,还可用作检测电路的解调器。


不同版本

然而,并非所有的肖特基二极管都一样。例如,大多数硅用于高达 250V 的电压,而砷化镓、碳化硅或硅锗被用作阻断 200 至 1700V 电压的半导体材料。硅肖特基二极管具有大约 0.4V 的低阈值电压,工作电流较低时甚至低于 0.1V。这远远低于电压约为 1V 的半导体-半导体结。肖特基二极管因此可以与硅双极晶体管的集电极基极结并联切换,以防止晶体管的饱和,并且使得晶体管能够显著更快地切换到阻断状态。然而,它们具有比硅基半导体-半导体二极管更高的漏电流,并且在较高的阻断电压下快速导致高导通损耗。


为了减少这些缺点,Littelfuse 最近推出了两个全新产品系列:MBR 和 DST 功率半导体。MBR 系列的整流二极管基于硅上肖特基二极管技术,不仅具有低漏电流,且提供高温电阻和低正向电压。它们非常适合用于高频开关电源、续流二极管、DC/DC 转换器、不间断电源和极性保护。它们还可满足商业和工业应用的所有一般要求。这些适用于恶劣高温环境中的高结温条件的二极管具有保护环,可提高强度和耐用性。开发人员经常使用 MBR 肖特基整流二极管,因为它们具有极快的开关特性、低正向电压和低漏电流,而且对高结温具有较高的阻抗。由于它们产生的热比常规二极管要少,因此还减少了热和电损耗。


与 MBR 系列相比,DST 系列的肖特基势垒整流器具有极低的正向电压和更低的漏电流,因而具有更高系统效率。同时,它们具有较高的饱和能力,也因此不适用于超高频应用。否则,两个系列具有几乎相同的特性,也适合用于相同的应用。根据具体应用的电路设计,它们具有多种封装类型和单芯片或双芯片配置可选。Littelfuse 还可针对特定应用对二极管进行定制。该公司还始终如一地响应个性化客户在功能性、包装和交付方面的需求,从而能够为特定的应用情况开发完美的解决方案。

 

实际应用

肖特基二极管的典型应用包括,例如太阳能电池板或开关模式电源。原因是开关模式电源目前通常的工作频率高于 20kHz,有时在较小的应用中甚至高达 200kHz。因此,虽然 DST 有所普及,但在该领域主要使用的是 MBR 二极管。今天,开关电源正越来越多地被用来将交流电转换为直流电,包括笔记本电脑和平板电脑的电源适配器、智能手机的 USB 充电器、台式电脑、网络设备、机顶盒、无线路由器和许多其他设备的内置电源。如果某件设备具有其运行所需的处理器或存储器单元并且由交流电供电(例如通过家中的插座或车中的交流发电机),那么通常安装的是开关电源。



电源整流器因此主要用于电源应用中,在这些应用中来自交流发电机的交流电必须为后面的各种装置转换为 5V、9V、16V 或 24V 的直流电。在汽车中,直流到直流电源将电池的 12V 或 24V 电流转换为汽车中各种器件所用的 5V、9V、16V 或其他电压的直流电。尽管电流及其电压的可靠转换通常是直流至交流或直流至直流电源和其他电气设备的主要目标,防止逆流却是太阳能模块的目标。由半导体材料制成的太阳能电池因提供的能量(例如,来自太阳的电磁辐射)而产生自由的电荷载子。为了从这些电荷载子中产生电流,正负电荷的载子必须朝向不同的方向。这通常是利用内部电场来完成的,而内部电场可以通过半导体-半导体或金属-半导体结来产生。后者由于其较低的正向电压降可以更好地防止可能的回流,从而防止整流器的功率损耗。


MBR 肖特基二极管过去在所有应用中主导了市场,因为它们更容易生产且更便宜。远东制造商尤其可以以极低的价格提供这些器件。然而,质量要求、耐久性、抵抗恶劣环境以及个性化调整正在起着越来越重要的作用;因此,选择价格更高的产品通常在长远看来更具回报性。此外,DST 二极管的使用也变得更加频繁,因为尽管其制作过程复杂,但比起 MBR 版本来也并不是贵得多,而且由于它们更高的系统效率可确保更快的投资回报。通过使用改进的技术也逐渐解决了极高频率应用的问题;由此看来,DST 正在征服越来越多的应用领域。


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