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                二極管≡培訓

                一、二極管的基本ξ原理二、二極管的▅種類◣ 三、二極管的主要參∮數 四、二極管的應○用 五、二極管常見的失」效原因 六、二極管的▓技術發展 七,主要供】應商 內容提綱 二極管的基本原理 PN 結型二極管「: PN 結的形成:在同一片半導體基片上,分別制造P 型半導№體和N 在PN結兩端引出電極就構成了二極管。二極管加正向電壓時,PN結變窄,正向電流大,正向電阻較小,處於導通狀@態。二極管加反向電壓時,PN結 變寬,反向電⊙流小,反向電阻大,處於截止狀態。 二極管的基本原理 肖特基二極管: 肖特基二極管是由N型半導體和金屬接觸,利用〗接觸面上形成的肖特基勢 壘構成的二極管。 由於肖特基二極管只用電@ 子做載流子,不存』在電荷儲存問題,使開關特性 獲』得顯著改善。同時肖特基二極管的正向壓降較低,反向耐壓值也ζ 較低, 因此適宜在低電壓、高頻率情◣況下工作。利用這些特點,能★提高低壓、大 電流、高頻電路的整流效率 二極管的基本原理二極管◆的伏安特性 反向擊穿 電壓U (BR) 死區電『壓死區電壓 外加電壓大於反向擊穿電壓二極管被擊穿,失去單向導電性。 反向電流 反向電流 在一定電壓 在一定電壓 範圍↘內保持 範圍內保持 常數。 常數。 二極管的基本原理 PN結型二極管包括整流二極管↘、開關二極管、快恢復二極管等。 PN結型二極管和︽肖特基二極管具有單向導電性,用於整流、檢波、鉗 位、變容等電路中,在二極管整流電路中〇,輸入交≡流電壓,輸出 端得到直流電壓。 二極管的基本原理穩壓二ξ 極管: 穩壓二極管@是特殊的◥PN結型二極管,適於工作在反向擊穿狀態,正向曲線 與普通二極管▆相同,但反向擊穿曲線好,不會發〇生二次擊穿,消耗功率控 制在允許功耗內時▃,穩壓管就▲能夠可靠的工作。穩壓二極管用於穩壓、鉗 位、限幅、電平移動等電路中。 二極管←的種類 二極管的一般分類: 按材料 矽二極管 鍺二極管 砷化①鎵二極 按工藝PN結型二極 按功率信號二極管 功率二極管 按工作頻率 普通二極管 開關二極管 快恢復二極 快速軟恢復二極管 按功能 整流二極管 穩壓二極管 二極管的種類 按封裝分為: 表面貼裝 SOT23 SMA、SMB、SMC DPAK、D2PAK、D3PAK DO-35、DO-41TO-220、TO-247 螺栓封裝 SOT-227 二極管的種類 各種二〒極管的主要區別: 整流二極管:正向壓降低卐,恢復→時間長,適合低頻整流。如1N4007,整流橋等。 開關(信號)二極管:開關『速度快,結電容小,適合信號處理。如BAV70。 穩壓二極管:工作在反向擊穿狀態,用於※穩壓電路,正向特』性同整流二極管。 二極管的主要參數 1,二極管的伏安特性參︾數 反向阻斷參數: RSM:反向♀阻斷電壓 :反向阻斷漏電流正向導通參數: FAV:二極管額定正向工作電流 FSM:浪湧電流 T0:正向開通電※壓 :正向導通電阻二極管的主要參數 二極管的主要參數 2,二極管的溫度特性參數 JM:二極管PN結的溫度 STG:存儲溫度 Rthjc/Rthja/Rthch:熱阻 耗散功率:Pd/Ptot:在規定條件散熱條件下的最大總功耗 二極管的主要參數 瞬態熱阻二極管的主要〓參數 3,快恢復二極管的動態參數 二極管的主要參數 關斷特性PN結構成的二極管在正向導通時,PN結中存儲大量的電荷。當電路∏使二 極管換向時,導通時存儲的電荷必須全部被抽出,或被中和。電荷被抽 出的過程就是形成了反向恢復電流。 trr:恢復時間 RM:恢復電流 Qrr:恢復電荷 S:軟度因子 二極管的主要參數 開通特性二極管加正向電壓後,在完全導◢通之前,二極管兩端會Ψ 產生比導通電壓 高的正向壓降。 FR:正向⊙恢復電壓 Tfr:正向恢復時間 二極管的主要參數 4,肖特基二極管的參數 dv/dt:反向承受的最╱大電壓上升率 :肖特基二極管的結電容二極管▃的主要參數 5,穩壓二極管的參數 ZT:標稱測試測試電流 ZT:在測試↘電流( :在標稱反向阻斷電壓條件下的反向漏電流 二極管︾的應用1,二極管各種參數之間的①關系 溫度與反向阻斷▓電壓的關系:溫度升高,阻斷電壓略有增加,漏電流 增大,雪崩能力下降。 低溫曲線 低溫曲線 高溫曲線 高溫曲線 二○極管的應用 溫度與二極管的正向電流〓的關系:溫度上升,通過電流能力下降。二極管↑的應用 正向》壓降與溫度關系:溫度上升,正向壓降降低。 二極管ω 的應用 溫度與關斷特性的【關系:溫度升高,反向恢復電流增大,恢復時 間、恢復電荷變大。 二極管ζ的應用 di/dt與關斷特性的關系:di/dt大,反向恢復時間短,反向恢 復電流大。 二極㊣ 管的應用 di/dt、正向電流與反向恢復時間的關系 二極管≡的應用 di/dt與開通特性的關系 二※極管的應用 肖特基二極管結電容與反向電壓的關系:反壓增大,結電容減小。 二極管█的應用 不同型號肖特基二極管之╲間關系 反向耐壓↑高,正向壓降大 正向壓降低,反向漏電流大二∮極管的應用 穩壓二極管: 穩壓二極管的正向壓降與溫度的關系為負溫度「系數,溫度升高,正向 壓降降低。 穩壓二極管反向漏電流與溫度的關系,溫度升高,漏電增大。 穩壓二極管穩壓值與溫度的關系:穩壓值低於5V的屬於齊納擊穿,為 負溫度系數;高於7V的屬於雪崩擊穿,為正溫度系數。 二□極管的應用 2,快恢復二極管開關特性對電路的影響 正向恢復特性對電路的影響:二極管開通期間,二極管兩端產生較高壓 降,增加二極管自身損耗。二↓極管開通期間的恢復電壓疊加在開關管上, 增加開關管的損耗。 反向恢復特性對電路的影響:二極管在恢復時間ta期間,完全喪失阻斷 能力,在tb期間逐漸恢復阻斷能力,恢復期間增加開關管(IGBT、MOSFET )功耗,增加二極管本身功耗。 恢復期間的瞬時電流尖峰產生電磁幹擾(EMI)。 二極管的應↙用 在恢復時間tb段,二極管兩端產生過電壓,導致開關管誤導通或 器件損壞。恢復期間二極管兩端產生額外電壓尖峰: /dt二極管♂的應用 3,二∏極管參數降額 電壓降額 二極管工作時反向承受的最大電壓與額定耐壓的百分比為電壓降額值。 RRM*100% 應力ぷ參考點 器∞件工作區域 A級產品 B級產品 額定反向耐壓 500V 額定⌒工作點★ <80% <85% I工作【區最壞情況 <90% <95% II工作區最壞情∑ 〖況 <100% <100% 額定反向耐壓> 500V 額定工作點 <70% <75% I工作區最壞☆情況 <80% <85% II工作區最〗壞情況 <90% <90% 二極管↓的應用 電流降額 二極管在使用時要對正向電流在相應殼溫允許的※最大電流進一步降額。 CU)]*100% 當二極管並聯使用時,正向電流在上述降額的基礎】上,再降額10-20% 應力參考點 期間工作區域 A級產品 B級產品 正向平均電流I FAV 額定工作點 <75%相應殼溫↙下的 最大〓平均電流 FAVM(TCU)<80%相應殼溫◥下⌒ 的 最大〗平均電流 FAVM(TCU)I、II工作區最壞情 <80%相應殼溫下的最大平均電流 FAVM(TCU)<90%相應殼溫下 的最大平均電流 FAVM(TCU)重復峰值電流I FR I、II工作區最壞情 <60%相應殼溫下的最大峰值電流 FRM(TCU)<70%相應殼溫下 的最大峰值電流 FRM(TCU)浪湧電流I FS II工作區最壞情況 <60%相應殼溫下 的最大浪湧電流 FSM(TCU)<70%相應殼溫下 的最大浪湧電流 FSM(TCU)二極管的應【用 二極管實際工作的結溫必須低於最高結溫,實際結溫與最高結溫的百分比為△結溫降額。 實際工作結◇溫:T JM%100% 應力參考點 器件工作區域 A級產品 B級產品 二極管工作結溫T 額定工作點<70%額定最∞高結溫 JM<80%額定最〗高結溫 JMI工作區最壞情況 <75%額定最高結 JM<85%額定最高結 JMII工作區最壞情況 <95%額定最高結 JM<95%額定最高結 JM二極管的應用 4,功率二極管損耗的計①算 二極管損耗包括四個部分: 開通損耗、導通損耗、關斷損耗、阻斷損耗 二極管的應用開通損耗:發生在※二極管 由反向阻斷到正向開通的 轉換中。 開通損耗與芯片溫度、結 構工藝及di/dt有關: =0.5VFR 二極管的應用導通損耗:導通損耗發生在 正向導通☉其間,損耗大小與 芯片結溫、電流大小及芯片 技術有關。 二極管的應用關斷損耗:關斷損耗發生 在二極管由導通到反向截 止的⊙轉換瞬間: 阻斷損耗:阻斷損Ψ耗是二極管在反向阻斷期間 由漏電流形成的損耗: 二極管的應用5,穩壓二極管∴參數降額 穩定電壓範圍V ,t%為手冊中規定的『誤差值應力考核點 產品工作區域 A、B級產品 設計最小穩壓】值V ZMIN I、II工作區最壞情況 <額定穩壓※值V 設計▓最大穩壓值VZMAX I、II工作區最壞情況 >額定穩壓值V 應力考核點產品工→作區 級產品最大『工作電流 ZMAXI工作區最 壞情況 <80%相應殼溫下 的最大電流I ZM(TAU) <70%相應殼溫下 的最大電流I ZM(TAU) 最大工▆作電流 ZMAXII工作區最 壞情況 <95%相應殼溫下 的最大電流I ZM(TAU) <90%相應殼溫下 的最大電流I ZM(TAU) 二極管的應用 穩壓二極管結溫T 應力考核點產品工作區域 級產品穩壓管結溫T I工作區最壞情況 <80%最高允許 JM<70%最高允許 JM穩壓管結溫T II工作區最壞情況 <90%最高允許 JM<80%最高允許 JM二極管的應用 6,穩壓二極管電路計算 最大輸入電壓,最小負載: ZMAX最小輸入電壓,最大負載: )/R-IOMAX ZMIN二極管的應用 7,二極管應用註意事項 選擇現有的優選供應商的成熟產品如:IR公司的HFA系列,ST公司的STPH系列等 選擇通用參數產品,容¤易替代如:電流為1A,3A,6A;15A,30A,60A,120A 電壓為30V,45V,60V,100V;200V,300V,600V,1200V 標準封裝產品,通用性強,容易替〖代如:DO201,SMA,SMB,SMC,DPAK,D2PAK,TO220,TO247,SOT227等 二極管的應用 使用要求和註意事項1)避免串聯使用提高耐壓 串聯-導致兩個器件在關斷瞬間或阻斷狀態不均壓 二極管的應用 2)並聯使用時要註意均流,均熱,及◎加大降額 均流-選擇同型號或使用同一封裝二極管◤並聯 布線考慮回路參數一致 均熱-選擇同一↑封裝器件 使■用同一個散熱器 兩』個二極管盡量靠近 外部發熱源對兩個二極管影響一致 增加降額-電流降額增加20% 二極管的應用 3)工作頻率高於1KHZ時,要選用快恢復二極管 4)主回路中,電流連續型電ω路中,盡量使用軟恢復╳二極管 5)肖特基二極管使用時註意防止dv/dt過高 6)使用肖特♂基二極管時,註意正向損耗和反向漏電損耗的均衡 7)穩壓二極管不能並聯使用【 8)對穩壓管兩端的電壓々有要求時,要保證穩壓管有一定的工作電流 穩壓管串聯√使用時要註意功率分配和最佳工作電流二≡極管常見的失效原因 失效模式 失效原因 表現 電壓擊穿 來料不良 電壓應力 機械應力 極間短路 反向電阻特性 反向漏♂電大 過熱損壞 來料不良 安裝不良 電流應力 功耗 外觀損壞 極間短路 電阻特性 開路 電流浪湧 負載短路 從屬失效 操作不當 外觀損壞 開路 短路 二極管常見的】失效原因 1,電壓擊穿 二極管反向耐壓能力下降或者工作反向電壓超█過額定值引起的失 效,多表現為反向特性變壞或者徹底擊穿。芯片上表現為點擊穿 或邊緣擊穿。 形成電▓壓擊穿的原因:1,供應商產品缺陷 2,加工成型時造成器件芯片損傷 3,安裝器件時埋藏應力 4,實際應用▆時電壓應力超標 5,測試時(耐壓)器件損傷 6,由其他器件失效造成連鎖失效 二極管常見的失效原因 電壓擊穿:芯片表面有明顯的電壓擊穿↑點 機械損傷導致的器件失▽效,芯片邊角分層碎裂 二極管常見的失效原因 2,過熱損壞 二極管長△時間工作在較大功耗條件下,結溫過高,器件特性退化直至 芯片燒毀,芯片上有大面積過熱燒傷痕←跡,甚至器件封裝遭到破壞。 形成過ㄨ熱失效的原因:1,器件來料不良,如芯片燒結孔洞熱阻大 2,器件安裝不良導致熱阻大 3,功率或結溫降額超標 4,其他器件失效導致的從屬失效 二極管常見的失效原因 器件過熱導致的失效№ 二極管常見的失效原因 3,電流浪湧 二極管在瞬時大電流的沖擊下,造成芯片局部崩◥裂或熔融,嚴重 時器件封裝材料炸裂。 形成浪湧的原因:1,負載短路 2,操作不當局部電路短路 3,其他器件失效導致的◆短路 二極管的技術發★展 1,改善性能:通過制造工╳藝的進步,使各種參數得到不斷的優化, 如在快恢復二極管的正向壓◎降、恢復時間和阻斷電壓之ξ間,或 肖特基二極管的結溫、壓降和反●向耐壓之間向理想值靠近。 二極管的技術發展 2,特殊功能產品:器件廠商能夠針對某種特定用途制造出專門¤適合該 種用途的器件,使電路♀的性能達到最佳。 如:IR的TRENCH結構々肖特基二極管,比普通肖特基二極管壓降降 低40mV,反向漏電降☉低70%,適用於OR-ING 電路。但結電容大, 反向恢復電流大,並不適合做高頻整流用。 二極管的技術發展 3,使用新々材料: 1)GALLIUM ARSENIDE SCHOTTKY:目前已經比較成熟,供應商 中有很多型號。 優點:阻斷電壓比矽材料肖特基高,正向壓降、反向恢復特性保持☆肖 特基的優點,正向電流達到一定■值時,正向壓降變為正溫度系數 2)SIC SCHOTTKY:未來器件發展的方向 優點:反向耐壓∮高,可達到600V-1200V,正向壓降、反向恢復特性 保持肖特基◥的優點,正向壓降為正溫度系數,便於並聯使用。 二極管的主要供應商 1,表貼器件SOT23及以下:ONSEMI、PHILIPS、VISHAY、ZETEX、LRC 2,表貼器件SMA及以上:ONSEMI、PHILIPS、VISHAY、IR、ST、 3,軸向DO41等:ONSEMI、IR、VISHAY、ST、PHILIPS、FSC、 RECTRON 4,插裝器件TO220、TO247等:IR、ST、ONSEMI、PHILIPS、FSC、 VISHAY、APT、IXYS、 5,螺絲安裝器▼件SOT227:ST、APT、IXYS、

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                通信/電子  --  電子設計

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