1、二极管培训,一、二极管的基本原理 二、二极管的种类 三、二极管的主要参数 四、二极管的应用 五、二极管常见的失效原因 六、二极管的技术发展 七，主要供应商,内容提纲,二极管的基本原理,PN 结型二极管：,PN 结的形成：在同一片半导体基片上，分别制造P 型半导体和N 型半导体，经过载流子的扩散，在它们的交界面处就形成了PN 结。 在PN结两端引出电极就构成了二极管。二极管加正向电压时，PN结变窄，正向电流大，正向电阻较小，处于导通状态。二极管加反向电压时，PN结变宽，反向电流小，反向电阻大，处于截止状态。,二极管的基本原理,肖特基二极管：,肖特基二极管是由N型半导体和金属接触，利用接触面上形成
2、的肖特基势垒构成的二极管。 由于肖特基二极管只用电子做载流子，不存在电荷储存问题，使开关特性获得显著改善。同时肖特基二极管的正向压降较低，反向耐压值也较低，因此适宜在低电压、高频率情况下工作。利用这些特点，能提高低压、大电流、高频电路的整流效率 。,二极管的基本原理,二极管的伏安特性,反向击穿 电压U(BR),导通压降,外加电压大于死区电压二极管才能导通。,反向特性,死区电压,外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失去单向导电性。,反向电流 在一定电压 范围内保持 常数。,二极管的基本原理,PN结型二极管包括整流二极管、开关二极管、快恢复二极管等。 PN结型二极管和肖特基二极管具有单向导电性，
3、用于整流、检波、钳位、变容等电路中，在二极管整流电路中，输入交流电压，输出端得到直流电压。,二极管的基本原理,稳压二极管：,稳压二极管是特殊的PN结型二极管，适于工作在反向击穿状态，正向曲线与普通二极管相同，但反向击穿曲线好，不会发生二次击穿，消耗功率控制在允许功耗内时，稳压管就能够可靠的工作。稳压二极管用于稳压、钳位、限幅、电平移动等电路中。,二极管的种类,二极管的一般分类：,二极管的种类,按封装分为：表面贴装 SOT23SMA、SMB、SMCDPAK、D2PAK、D3PAK插装 DO-35、DO-41TO-220、TO-247螺栓封装 SOT-227,二极管的种类,各种二极管的主要区别：,
4、整流二极管：正向压降低，恢复时间长，适合低频整流。如1N4007，整流桥等。开关（信号）二极管：开关速度快，结电容小，适合信号处理。如BAV70。快恢复二极管：恢复时间短，恢复电流小，关断速度快。快速软恢复二极管：恢复时间短，恢复电流小，恢复特性软。肖特基二极管：正向压降小，无存储电荷。适合低压高频整流。稳压二极管：工作在反向击穿状态，用于稳压电路，正向特性同整流二极管。,二极管的主要参数,1，二极管的伏安特性参数,反向阻断参数： VR/VRRM/VRSM:反向阻断电压IR:反向阻断漏电流 正向导通参数： IFAV：二极管额定正向工作电流IFSM：浪涌电流I2t：正向浪涌电流对持续时间的积分值
5、VF：在额定电流下的电压降VT0 ：正向开通电压rT ：正向导通电阻,二极管的主要参数,二极管的主要参数,2，二极管的温度特性参数,温度参数： TC/TA：二极管的壳温或环境温度TJ/TJM：二极管PN结的温度TSTG：存储温度 Rthjc/Rthja/Rthch:热阻耗散功率： Pd/Ptot：在规定条件散热条件下的最大总功耗,二极管的主要参数,瞬态热阻,二极管的主要参数,3，快恢复二极管的动态参数,二极管的主要参数,关断特性,PN结构成的二极管在正向导通时，PN结中存储大量的电荷。当电路使二极管换向时，导通时存储的电荷必须全部被抽出，或被中和。电荷被抽出的过程就是形成了反向恢复电流。trr
6、:恢复时间IRM:恢复电流Qrr:恢复电荷S:软度因子,二极管的主要参数,开通特性,二极管加正向电压后，在完全导通之前，二极管两端会产生比导通电压高的正向压降。VFR:正向恢复电压Tfr:正向恢复时间,二极管的主要参数,4，肖特基二极管的参数,dv/dt：反向承受的最大电压上升率CJ：肖特基二极管的结电容,二极管的主要参数,5，稳压二极管的参数,IZT：标称测试测试电流 VZ：在测试电流（ IZT ）条件下的稳压电压 ZZT：在测试电流（ IZT ）条件下的动态阻抗 VR：标称反向阻断电压 IR：在标称反向阻断电压条件下的反向漏电流 VZ ：在VZ条件下的温度系数 C：结电容,VZ,IZT,I
7、ZM, VZ, IZ,IR,VR,二极管的应用,1，二极管各种参数之间的关系,温度与反向阻断电压的关系：温度升高，阻断电压略有增加，漏电流增大，雪崩能力下降。,低温曲线,高温曲线,二极管的应用,温度与二极管的正向电流的关系：温度上升，通过电流能力下降。,二极管的应用,正向压降与温度关系：温度上升，正向压降降低。,二极管的应用,温度与关断特性的关系：温度升高，反向恢复电流增大，恢复时间、恢复电荷变大。,二极管的应用,di/dt与关断特性的关系：di/dt大，反向恢复时间短，反向恢复电流大。,二极管的应用,di/dt、正向电流与反向恢复时间的关系,二极管的应用,di/dt与开通特性的关系,二极管的
8、应用,肖特基二极管结电容与反向电压的关系：反压增大，结电容减小。,二极管的应用,不同型号肖特基二极管之间关系反向耐压高，正向压降大结温高，正向压降大正向压降低，反向漏电流大,二极管的应用,稳压二极管： 稳压二极管的正向压降与温度的关系为负温度系数，温度升高，正向压降降低。 稳压二极管反向漏电流与温度的关系，温度升高，漏电增大。 稳压二极管稳压值与温度的关系：稳压值低于5V的属于齐纳击穿，为负温度系数；高于7V的属于雪崩击穿，为正温度系数。,二极管的应用,2，快恢复二极管开关特性对电路的影响,正向恢复特性对电路的影响：二极管开通期间，二极管两端产生较高压降，增加二极管自身损耗。二极管开通期间的恢
9、复电压叠加在开关管上，增加开关管的损耗。 反向恢复特性对电路的影响：二极管在恢复时间ta期间，完全丧失阻断能力，在tb期间逐渐恢复阻断能力，恢复期间增加开关管（IGBT、MOSFET）功耗，增加二极管本身功耗。 恢复期间的瞬时电流尖峰产生电磁干扰（EMI）。,二极管的应用,在恢复时间tb段，二极管两端产生过电压，导致开关管误导通或器件损坏。恢复期间二极管两端产生额外电压尖峰：VRM=VR+L*diR/dt,二极管的应用,3，二极管参数降额,电压降额 二极管工作时反向承受的最大电压与额定耐压的百分比为电压降额值。DVR=VR/VRRM*100%,二极管的应用,电流降额二极管在使用时要对正向电流在
10、相应壳温允许的最大电流进一步降额。DIF=IFAV/IFAVM*(TJM-TC)/(TJM-TCU)*100% 当二极管并联使用时，正向电流在上述降额的基础上，再降额10-20,二极管的应用,结温降额二极管实际工作的结温必须低于最高结温，实际结温与最高结温的百分比为结温降额。实际工作结温：TJ=TCU+PD*Rthjc 结温降额为：DTJ=TJ/TJM%100%,二极管的应用,4，功率二极管损耗的计算,二极管损耗包括四个部分： 开通损耗、导通损耗、关断损耗、阻断损耗PD=PON+PF+POFF+PB,二极管的应用,开通损耗：发生在二极管 由反向阻断到正向开通的 转换中。 开通损耗与芯片温度、结
11、 构工艺及di/dt有关： EON=0.5VFRIFtfr PON = EON FT,二极管的应用,导通损耗：导通损耗发生在 正向导通其间，损耗大小与 芯片结温、电流大小及芯片 技术有关。 VF=rTIF+VT0 PF=(VT0IF+rTIF2 )D,二极管的应用,关断损耗：关断损耗发生 在二极管由导通到反向截 止的转换瞬间： EOFF=IRRVRTrb0.5 POFF = EOFF FT阻断损耗：阻断损耗是二极管在反向阻断期间 由漏电流形成的损耗： PB=VRIRMD,二极管的应用,5，稳压二极管参数降额,稳定电压范围VZ 降额 稳压二极管在规定条件下工作时，稳压值有一定误差，即实际稳压值为
12、VZt% ，t%为手册中规定的误差值,二极管的应用,稳压电流IZ 降额,二极管的应用,稳压二极管结温TJ 降额,二极管的应用,6，稳压二极管电路计算,最大输入电压，最小负载： (VIMAX-VZ)/RIZMAX 最小输入电压，最大负载： (VIMIN-VZ)/R-IOMAXIZMIN,二极管的应用,7，二极管应用注意事项 二极管的选用原则,选择现有的优选供应商的成熟产品如：IR公司的HFA系列，ST公司的STPH系列等 2) 选择通用参数产品，容易替代如：电流为1A,3A,6A;15A,30A,60A,120A电压为30V,45V,60V,100V;200V,300V,600V,1200V 3
13、) 标准封装产品，通用性强，容易替代如：DO201,SMA,SMB,SMC,DPAK,D2PAK,TO220,TO247,SOT227等,二极管的应用,使用要求和注意事项,1）避免串联使用提高耐压串联导致两个器件在关断瞬间或阻断状态不均压,二极管的应用,2）并联使用时要注意均流，均热，及加大降额均流选择同型号或使用同一封装二极管并联布线考虑回路参数一致 均热选择同一封装器件使用同一个散热器两个二极管尽量靠近 外部发热源对两个二极管影响一致 增加降额电流降额增加20,二极管的应用,3）工作频率高于1KHZ时，要选用快恢复二极管 4）主回路中，电流连续型电路中，尽量使用软恢复二极管 5）肖特基二极
14、管使用时注意防止dv/dt过高 6）使用肖特基二极管时，注意正向损耗和反向漏电损耗的均衡 7）稳压二极管不能并联使用 8）对稳压管两端的电压有要求时，要保证稳压管有一定的工作电流 9) 稳压管串联使用时要注意功率分配和最佳工作电流,二极管常见的失效原因,二极管常见的失效原因,1，电压击穿,二极管反向耐压能力下降或者工作反向电压超过额定值引起的失效，多表现为反向特性变坏或者彻底击穿。芯片上表现为点击穿或边缘击穿。形成电压击穿的原因：1，供应商产品缺陷2，加工成型时造成器件芯片损伤3，安装器件时埋藏应力4，实际应用时电压应力超标5，测试时（耐压）器件损伤6，由其他器件失效造成连锁失效,二极管常见的
15、失效原因,电压击穿：芯片表面有明显的电压击穿点,机械损伤导致的器件失效，芯片边角分层碎裂,二极管常见的失效原因,2，过热损坏,二极管长时间工作在较大功耗条件下，结温过高，器件特性退化直至芯片烧毁，芯片上有大面积过热烧伤痕迹，甚至器件封装遭到破坏。形成过热失效的原因：1，器件来料不良，如芯片烧结孔洞热阻大2，器件安装不良导致热阻大3，功率或结温降额超标4，其他器件失效导致的从属失效,二极管常见的失效原因,器件过热导致的失效,二极管常见的失效原因,3，电流浪涌,二极管在瞬时大电流的冲击下，造成芯片局部崩裂或熔融，严重时器件封装材料炸裂。形成浪涌的原因：1，负载短路2，操作不当局部电路短路3，其他器
16、件失效导致的短路,二极管的技术发展,1，改善性能：通过制造工艺的进步，使各种参数得到不断的优化，如在快恢复二极管的正向压降、恢复时间和阻断电压之间，或肖特基二极管的结温、压降和反向耐压之间向理想值靠近。,二极管的技术发展,2，特殊功能产品：器件厂商能够针对某种特定用途制造出专门适合该种用途的器件，使电路的性能达到最佳。如：IR的TRENCH结构肖特基二极管，比普通肖特基二极管压降降低40mV，反向漏电降低70，适用于OR-ING 电路。但结电容大，反向恢复电流大，并不适合做高频整流用。,二极管的技术发展,3，使用新材料： 1）GALLIUM ARSENIDE SCHOTTKY：目前已经比较成熟
17、，供应商中有很多型号。 优点：阻断电压比硅材料肖特基高，正向压降、反向恢复特性保持肖特基的优点，正向电流达到一定值时，正向压降变为正温度系数 2）SIC SCHOTTKY：未来器件发展的方向 优点：反向耐压高，可达到600V1200V，正向压降、反向恢复特性保持肖特基的优点，正向压降为正温度系数，便于并联使用。,二极管的主要供应商,1，表贴器件SOT23及以下：ONSEMI、PHILIPS、VISHAY、ZETEX、LRC 2，表贴器件SMA及以上：ONSEMI、PHILIPS、VISHAY、IR、ST、 3，轴向DO41等：ONSEMI、IR、VISHAY、ST、PHILIPS、FSC、RECTRON 4，插装器件TO220、TO247等：IR、ST、ONSEMI、PHILIPS、FSC、VISHAY、APT、IXYS、 5，螺丝安装器件SOT227：ST、APT、IXYS、,谢 谢 ！,
