功率二極管培訓(xùn)1.ppt

1、,功率二極管 物品部 2002-06-15,內(nèi)容提綱,一、功率二極管的定義 二、我公司使用二極管情況 三、幾種二極管的主要區(qū)別 四、功率二極管的主要參數(shù) 五、快恢復(fù)二極管主要參數(shù) 六、肖特基二極管的主要參數(shù) 七、二極管各參數(shù)之間的關(guān)系 八、二極管參數(shù)對電路的影響 九、功率二極管參數(shù)的測量 十、二極管參數(shù)降額 十一、功率二極管損耗計算 十二、常見失效原因 十三、應(yīng)用注意事項 十四、二極管發(fā)展方向,定義：額定電流1安培，用于整流工作的二極管。 功率二極管在使用時需計算功耗、結(jié)溫?zé)魠?shù)，需考慮電流、電壓、結(jié)溫的降額。,一，功率二極管定義,我公司使用二極管種類： 整流二極管 開關(guān)二極管 肖特基二極管

2、快恢復(fù)二極管 快速軟恢復(fù)二極管,二、我公司使用二極管情況,信號二極管：開關(guān)二極管： 電流200mA 電壓200V 肖特基二極管： 電流200mA 電壓40V 功率二極管：普通整流二極管：430A/1600V 快恢復(fù)二極管：2*120A/1400V 肖特基二極管：60A/100V,封裝：表面貼裝 SOT23 SMA、SMB、SMC DPAK、D2PAK、D3PAK 插裝 DO-35、DO-41 TO-220、TO-247 螺栓封裝 SOT-227,三、幾種二極管的主要區(qū)別,1，整流二極管：正向壓降低，恢復(fù)時間長，適合低頻整流。 如1N4007，整流橋。 2，信號二極管：速度快，結(jié)電容小，適合信號

3、處理。 如1N4148、BAV70 3，快恢復(fù)二極管：恢復(fù)時間短，恢復(fù)電流小，關(guān)斷速度快。 4，快速軟恢復(fù)二極管：恢復(fù)時間短，恢復(fù)電流小，恢復(fù) 特性軟。 5，肖特基二極管：正向壓降小，無存儲電荷。適合低壓 高頻整流。,1，反向阻斷參數(shù)：反向阻斷是二極管單向?qū)щ姷幕咎匦灾弧?VR/VRRM/VRSM:反向阻斷電壓 IR:反向阻斷漏電流 EAS/EAR:雪崩能量,四、功率二極管的主要參數(shù),2，正向?qū)▍?shù)：正向?qū)ㄊ嵌O管單向?qū)щ姷牧硪粋€特性。 IFAV：二極管額定正向工作電流 IFSM：浪涌電流 I2t：正向浪涌電流對持續(xù)時間的積分值 VF：在額定電流下的電壓降 VT0 ：正向開通電壓 rT

4、 ：正向?qū)娮?3，溫度參數(shù)： TC/TA：二極管的殼溫或環(huán)境溫度。 TJ/TJM：二極管PN結(jié)的溫度， TSTG：存儲溫度。 Rthjc/Rthja/Rthch:熱阻 4，耗散功率： Pd/Ptot：在規(guī)定條件散熱條件下的最大總功耗,瞬態(tài)熱阻：,1，關(guān)斷特性：PN結(jié)構(gòu)成的二極管在正向?qū)〞r，PN結(jié)中存儲大量的電荷。當(dāng)電路使二極管換向時，導(dǎo)通時存儲的電荷必須全部被抽出，或被中和掉。電荷被抽出的過程就是形成了反向恢復(fù)電流。 trr:恢復(fù)時間 IRM:恢復(fù)電流 Qrr:恢復(fù)電荷 S:軟度因子,五，快恢復(fù)二極管的主要參數(shù),2，開通特性： VFR:正向恢復(fù)電壓 Tfr:正向恢復(fù)時間,六、肖特基二極管

5、的主要參數(shù),1，靜態(tài)參數(shù) IFAV:額定平均正向電流 VF：額定電流及給定溫度條件下的正向壓降 VRRM：額定重復(fù)反向阻斷電壓 IR：阻斷電壓條件下的反向漏電 TJM/TSTG：最高工作結(jié)溫和存儲溫度 Rthjc：熱阻,2，動態(tài)參數(shù) dv/dt：反向承受的最大電壓上升率 CJ：肖特基二極管的結(jié)電容,1，溫度與反向阻斷電壓： 溫度升高，阻斷電壓略有增加，漏電流增大，雪崩能力下降。,七，二極管各參數(shù)之間的關(guān)系,2，溫度與二極管的正向電流的關(guān)系： 溫度上升，通過電流能力下降。,3，正向壓降與溫度關(guān)系： 溫度上升，正向壓降降低。,4，溫度與關(guān)斷特性 溫度升高，反向恢復(fù)電流增大，恢復(fù)時間、恢復(fù)電荷變大。

6、,5，di/dt與關(guān)斷特性,6，di/dt、正向電流與恢復(fù)時間,7，di/dt與開通特性,8，肖特基結(jié)電容：SCHOTTKY結(jié)電容由芯片面積和厚度決定，并與工作電壓有關(guān)：反壓增大，結(jié)電容減小。,9，不同型號之間關(guān)系： 同一系列：反壓級別高，壓降大 恢復(fù)時間短，壓降大 肖特基結(jié)溫級別高，壓降大；反向耐壓級別高，結(jié)溫級別高。,八，二極管參數(shù)對電路的影響,1，正向恢復(fù)特性對電路的影響： 二極管開通期間，二極管兩端產(chǎn)生較高壓降，增加二極管自身損耗。 二極管開通期間的恢復(fù)電壓疊加在開關(guān)管上，增加開關(guān)管的損耗。,2：二極管在恢復(fù)時間ta期間，完全喪失阻斷能力，在tb期間逐漸恢復(fù)阻斷能力，恢復(fù)期間增加開關(guān)管

7、（IGBT、MOSFET）功耗，增加二極管本身功耗。,3，恢復(fù)期間的瞬時電流尖峰產(chǎn)生電磁干擾（EMI） 4，在恢復(fù)時間tb段，二極管兩端產(chǎn)生過電壓，導(dǎo)致開關(guān)管誤導(dǎo)通或器件損壞。 恢復(fù)期間二極管兩端產(chǎn)生額外電壓尖峰： VRM=VR+L*dir/dt,九，功率二極管參數(shù)的測量,1，電壓：在各種條件下測量電壓的最大值，使用高頻示波器，在寬帶下測試。 2，電流：測量電流的平均值和峰值，對于浪涌電流還要測量浪涌寬度。 3，殼溫：使用點溫計，選取正確的測試點，直接測試。 4，雪崩能量：選取耐壓等于額定值的二極管，測試擊穿瞬間的電壓和雪崩電流，通過電壓和電流來計算雪崩能量。,各種封裝器件溫度測試點的選取,十

8、，二極管參數(shù)降額,1，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。 DVR=VR/VRRM*100%,2，電流降額 二極管在使用時要對正向電流在相應(yīng)殼溫允許的最大電流進一步降額。 DIF=IFAV/IFAVM*(TJM-TC)/(TJM-TCU)*100% 當(dāng)二極管并聯(lián)使用時，正向電流在上述降額的基礎(chǔ)上，再降額10-20,3，結(jié)溫降額 二極管實際工作的結(jié)溫必須低于最高結(jié)溫，實際結(jié)溫與最高結(jié)溫的百分比為結(jié)溫降額。 實際工作結(jié)溫：TJ=TCU+PD*Rthjc 結(jié)溫降額為：DTJ=TJ/TJM%100%,十一，功率二極管損耗計算,功率二極管的開關(guān)損耗包括四個部分： 開通

9、損耗、導(dǎo)通損耗、關(guān)斷損耗、阻斷損耗 PD=PON+PF+POFF+PB,1，開通損耗：發(fā)生在二極管 由反向阻斷到正向開通的 轉(zhuǎn)換中。 開通損耗與芯片溫度、結(jié) 構(gòu)工藝及di/dt有關(guān)： EON=0.5VFRIFtfr PON = EON FT,2，導(dǎo)通損耗：導(dǎo)通損耗發(fā)生在 正向?qū)ㄆ溟g，損耗大小與 芯片結(jié)溫、電流大小及芯片 技術(shù)有關(guān)。 VF=rTIF+VT0 PF=(VT0IF+rTIF2 )D,3，關(guān)斷損耗：關(guān)斷損耗發(fā)生 在二極管由導(dǎo)通到反向截 止的轉(zhuǎn)換瞬間： EOFF=IRRVRTrb0.5 POFF = EOFF FT,4，阻斷損耗：阻斷損耗是二極管在反向阻斷期間 由漏電流形成的損耗： P

10、B=VRIRMD,十二，常見的失效原因,1，電壓擊穿：由反向電壓超過額定值引起的失效，多表現(xiàn)為反向特性變壞；芯片上表現(xiàn)為點擊穿或邊緣擊穿。,2，過熱損壞：二極管長時間工作在較大功耗條件下，特性退化直至燒毀，芯片上有大面積灼傷，甚至器件封裝遭到破壞。,十三，應(yīng)用注意事項,1，二極管的選用原則 1) 選擇現(xiàn)有的優(yōu)選供應(yīng)商的成熟產(chǎn)品。 2) 選擇通用參數(shù)產(chǎn)品，容易替代。 3) 標(biāo)準(zhǔn)封裝產(chǎn)品，通用性強。,2，使用要求 1）避免串聯(lián)使用 串聯(lián)導(dǎo)致兩個器件在關(guān)斷瞬間后或阻斷狀態(tài)不均壓。 2）并聯(lián)使用時要注意均流，均熱，及加大降額。 均流選擇同型號或使用同一封裝二極管并聯(lián) 布線考慮回路參數(shù)一致 均熱選擇同一

11、封裝器件 使用同一個散熱器 兩個二極管盡量靠近 外部發(fā)熱源對兩個二極管影響一致 增加降額電流降額增加20 3）使用肖特基二極管時，注意正向損耗和反向漏電損耗的均衡。,3，注意事項 1）工作頻率高于1KHZ時，一定要選用快恢復(fù)二極管。 2）主回路中，電流連續(xù)型電路中，使用軟恢復(fù)二極管。 3）肖特基二極管使用時注意防止dv/dt過高。,十四，二極管發(fā)展方向,1，改善性能：通過制造工藝的進步，使各種參數(shù)得到不斷的優(yōu)化，如快恢復(fù)二極管的正向壓降、恢復(fù)時間和阻斷電壓之間的關(guān)系，肖特基二極管的結(jié)溫、壓降和反向耐壓的關(guān)系。,2，特殊功能產(chǎn)品：器件廠商能夠針對某種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：OR-ING 肖特基，TRENCH 工藝，壓降降低40mV，漏電降低70。,3，使用新材料： 1）GALLIUM ARSENIDE SCH