|
本文摘自电源网的热门帖 工作原因，很久没有发帖了。最近下班回家，回顾了一下当年的课本《半导体功率器件》一书，略有体会，借此机会，和大家一起学习讨论一下。在这里首先看看相对简单的二极管，后续如有机会，继续讨论BJT，MOSFET。 1. 该贴期望以楼主自问自达或者你问我答的形式进行（楼主学识经验不足，答不上来的大家一起讨论，答错了的恳求各位指正） 2. 该贴旨在让经验型的电源工程师从理论上上更了解器件机理，让学院派接触到实际设计中需要考虑的问题。 首先抛出几个问题： 1.肖特基二极管和快恢复二极管有什么区别？ 2.反向恢复时间到底是怎么回事？ 3.二极管的功耗算平均电流还是有效值电流？ 1肖特基二极管和快恢复二极管有什么区别？从根本上说，肖特基二极管和快恢复二极管在物理结构上是不一样的。肖特基二极管的阳极是金属，阴极是N型半导体；快恢复二极管基本结构仍然是普通的PIN二极管，即阴阳极分别为N和P型半导体。物理结构决定了两者的电特性。 1. 耐压较低（通常150V以下），同等耐压，相同电流下，肖特基二极管的正向压降低于快恢复二极管。 看图，同样耐压50V的SS15和ES1A在1A下，SS15的Vf约0.65V，ES1A的Vf约0.85V。   2. 肖特基二极管载流子只有电子，数多子器件理论上没有反向恢复时间，而快恢复二极管本质上和PIN二极管一样，是少子器件的反向恢复时间通常在几十到几百ns。具体什么是反向恢复，在2贴的问题2中将详细讨论。 3. 额定反向耐压下，快恢复二极管的反向漏电流较小，通常在几uA到几十uA；肖特基二极管的反向漏电流则通常达到几百uA到几十mA，且随温度升高急剧增大。 大家继续补充。 2反向恢复时间到底是怎么回事？反向恢复时间基本的定义是：二极管从导通状态转换成关断状态所需的时间。 从定义可以看出，二极管导通状态下突然施加一个反偏电压，它是不能马上截止的。我们从根本上来看看这是为什么。  上面这个图就是我们最常用的PN结二极管最基本结构。其中重掺杂的P型半导体作为阳极，重掺杂的N型半导体作为阴极，为了承受更高的反向耐压，中间有一段较长的区域为接近本征半导体的轻掺杂N型区域。 PN结加正偏电压时，在电场作用下，P区的空穴向N区扩散，N区的电子向P区扩散，于是形成正向电流。对于P区而言，N区过来的电子是少子，同样对于N区而言，P区过来的空穴也是少子。因此，PN结二极管实际上是通过少子来传送电流的，即少子器件。 可见，在正向导通的时候，P区存在大量电子，N区存在大量空穴。 下面以CCM的boost为例，结合仿真来分析一下二极管的反向恢复问题。  仿真参数如图所示，下面给出稳态下一个周期的仿真结果图：  其中V002为MOSFET的Vgs，V(N003,N002)为二极管的Vka，Id（M1）为MOSFET的漏极电流，I（D1）为二极管的阳极流入电流。 当新的开关周期到来，MOSFET驱动电压上升，电感电流开始从MOSFET流过，由于电感电流在短时间内基本不变，因此二极管开始流过的电流开始减小。二极管电流减小到0的时刻即为反向恢复开始的时刻。 由于二极管内部存储的少子导致二极管不能阻断电流，随着MOSFET驱动电压的上升，MOSFET DS之间回路阻抗降低，二极管开始反向流过电流，即少子一反相电流的形式被抽取，直到MOSFET DS之间电压开始下降（开始进入米勒平台），即二极管开始电压开始反偏时，反向电流达到最大值。 此后，反向电流开始减小，二极管反偏电压开始升高，直到MOSFET Vds下降到0，二极管承受全部的反向电压。 从仿真图可以看出，反向恢复过程中，二极管流过较大的反向电流同时承受了较大的反向电压，因此造成了很大的反向恢复损耗。在CCM PFC中，为了降低这个损耗，通常的超快恢复二极管（标称反向恢复时间十几到几十ns）仍然差强人意，需要用到SiC二极管。常用的SiC二极管通常是肖特基结构，反向恢复时间远低于PIN二极管。 3.二极管的功耗算平均电流还是有效值电流？ 问题讨论的是二极管的通态损耗，不考虑反向恢复损耗。答案是平均电流。为什么呢？ 首先，二极管的基本特性是单向导通，所以电流是单向的（不考虑反向恢复），而二极管的导通压降通常认为是基本不变的，显然，对一定时间内的电流和电压乘积积分，结果就是平均电流和正向压降的乘积，即二极管通态损耗是以平均电流计算的。 那有效值电流是否毫无意义呢？也不见得。纯阻性的损耗通过有效值计算，二极管除了PN结外，还有封装的接触电阻、引线电阻，这些部分的损耗，就是通过有效值来评估的，不过相对于结压降，封装带来的压降大多数情况下可以忽略。 4其他讨论为什么有的二极管温度有的是150℃，有的175℃，有的125℃？厂家通过什么方面区别? 决定最高工作温度的，更多是封装材料和封装工艺，而非半导体本身。对于Si材料，175度通常是没有问题的，SiC和GaN材料，耐温就更高了。同样耐压，同样电流的二极管，PIN的占用wafer面积要远小于肖特基二极管。 关于二极管的耐压： 肖特基的耐压通常最高做到200V（但是台湾的竹懋和PFC品牌据说可以做到300V，而且VF值只有0.3几）其实肖特基的反向恢复时间快，无非就是它的芯片做的非常薄（电流跟晶圆面积大小有关，耐压根晶圆厚度有关），通俗一点讲是A到B之间的距离较短。而超快恢复（SF,MUR,ER系列）的耐压可以做到600V，快恢复（FR,HER,RS系列）的耐压可以做到1000V。 并不是肖特基的耐压最高只能做到200V，而是因为硅材料的肖特基二极管，耐压做到200V以上时，Vf相对于快恢复没有优势，并且反向漏电流非常大。耐压300V，Vf 0.3V的肖特基二极管没有听说过，理论上是不太可能的。肖特基没有反向恢复，是因为载流子全部为电子，没有抽取少子所需的时间。 话说逆变全桥死区时间需要续流的，可不可以靠MOSFET内部的寄生二极管呢，这个寄生二极管反向恢复时间是很影响效率，我的疑问是它跟逆变器容性负载有没有关联，比如LCL滤波参数中的C选的稍微大点，直接影响就是全桥炸管，是不是寄生二极管反向恢复时间过长所致？ MOSFET的体二极管反向恢复时间通常是比较长的，即使是经过优化的快恢复系列，高压管子通常也有百ns级的恢复时间，一定程度影响效率。全桥炸管，多数是直通导致，例如dv/dt过大导致Cgd耦合到Vgs的电压达到Vgsth，或者导致MOSFET内部寄生的BJT导通等。 肖特基损坏除了热击穿、反向耐压不足损坏以外，请问还有其它什么条件会导致其损坏呢？ESD？还是？ 二极管这种东西，被ESD打坏的可能性是很小的。肖特基最常见的实效就是反向耐压击穿和热击穿。 内容转自电源网热门帖精整理意见观点仅供参考 往期内容 开关电源的16个发展现状 听听大师一步步分析无桥PFC 来自三位电子工程师的工作感悟总结 开关电源工程师面试题--你能打多少分？
|
BS-200&220&330&350_维修手册_V5.0_CH
2025年职能部门月考核细则（医学工程部）
浙公网安备 33010402001000号