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2016.12.15 Si功率元器件

所谓二极管-肖特基势垒二极管的特征

Si 二极管

再次谈及Si二极管,将说明肖特基势垒二极管(以下简称为SBD)的相关特征和应用。

Si-SBD的特征

如前文所述,Si-SBD并非PN结,而是利用硅称之为势垒金属的金属相接合(肖特基接合)所产生的肖特基势垒。Si-SBD的特性因势垒金属的种类而异。而且,其特性的不同,应用方向也不同。下表汇总了势垒金属的特征及其适合的应用。表中凡标有“×”的项目,请理解为:其与其他项目相比,特性较差、不适合。

Si_1-3_struc

典型的势垒金属有钛、钼、铂。

使用钛的SBD具有VF非常低的特征,但反向漏电流IR却比其他的高。因此,发热多,不适用于环境温度高的条件。后文还将详细说明,其存在容易导致热失控的倾向。就应用而言,因为其VF较小,导通损耗少,电压下降较小,所以适合用于电池驱动电路。

使用钼的SBD,属于VF和IR平衡型,多使用于DC/DC转换器电路。

使用铂的SBD,IR非常小,发热小,所以最适用于高温环境条件下使用。由此可见,是车载设备应用的首选。

其他的二极管均系通用的PN结整流二极管。IR较小,大多数应用场合均可忽略不计。与此相反,Si-SBD却存在不可忽视的反向电流IR。这就是在使用Si-SBD之际必须考虑的关键要点。

接着,下面图表中用“○”或“△”具体表示各种SBD的特性。例如,钛SBD的VF非常低,但IR较大。

Si_1-3_char

Si-SBD的热失控

在这里说明,就使用Si-SBD之际关于热失控的重点研讨事项。热失控是由于发热引发二极管的Tj超过最大额定值,严重时可能会导致某种破坏性结果。如前所述,切勿忽视因Si-SBD的IR损耗。发热是IR和VR(反向电压)的积,即漏电流产生的反向功率损耗乘以热阻之积。与普通的热计算公式相同。因此,IR较大的钛SBD最为不利。此时,IR有随着VR增高也增高的倾向,并有伴随温度上升,而増加的正相关温度特性(请参考前篇说明)。因自身发热(或者周围温度上升)引发Tj上升,IR増加,进而发热加剧IR増加,从而导致失控状态。当然,这属于发热量大于散热量这一条件因素的话题。

为了防止热失控,即使存在因各种条件而导致发热,也必须进行使其充分散热的热设计。以下是有关热失控的关键要点。

  • 起因于IR的发热,引发热失控,导致二极管破损。
  • 必须进行充分的热计算、散热设计,以实现发热量<散热量。
  • Tj不准超过Tj max:Tj = Ta+发热
  • 发热 = 热阻(θja)×电流(IR)×电压(VR)
  • 散热程度因封装、安装PCB板、周围环境等因素而异,必须认真验证。

依据VF和IR的应用示意图

最后是适合二极管特性及其适合应用示意图,设计时仅供参考。

Si_1-3_appli.png

关键要点:

・Si-SBD的特性因势垒金属而异。

・认识到不可忽视Si-SBD的IR的程度。

・因有导致热失控的可能性,所以必须充分验证热设计。

活用Si(硅)功率器件特征的应用事例