功率二極管培訓課件

功率二極管物品部2002-06-15內容提綱一、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、結溫燈參數(shù)，需考慮電流、電壓、結溫的降額。一，功率二極管定義信號二極管：開關二極管：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快恢復二極管：2*120A/1400V肖特基二極管：60A/100V封裝：表面貼裝SOT23SMA、SMB、SMCDPAK、D2PAK、D3PAK

插裝DO-35、DO-41TO-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，恢復時間長，適合低頻整流。如1N4007，整流橋。2，信號二極管：速度快，結電容小，適合信號處理。如1N4148、BAV703，快恢復二極管：恢復時間短，恢復電流小，關斷速度快。4，快速軟恢復二極管：恢復時間短，恢復電流小，恢復特性軟。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。2，正向導通參數(shù)：正向導通是二極管單向導電的另一個特性。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：正向導通電阻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：2，開通特性：VFR:正向恢復電壓

Tfr:正向恢復時間六、肖特基二極管的主要參數(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：肖特基二極管的結電容2，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。3，正向壓降與溫度關系：

溫度上升，正向壓降降低。4，溫度與關斷特性溫度升高，反向恢復電流增大，恢復時間、恢復電荷變大。

6，di/dt、正向電流與恢復時間7，di/dt與開通特性8，肖特基結電容：SCHOTTKY結電容由芯片面積和厚度決定，并與工作電壓有關：反壓增大，結電容減小。八，二極管參數(shù)對電路的影響1，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(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電壓疊加在開關管上，增加開關管的損耗。2：二極管在恢復時間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。3，恢復期間的瞬時電流尖峰產(chǎn)生電磁干擾（EMI）

4，在恢復時間tb段，二極管兩端產(chǎn)生過電壓，導致開關管誤導通或器件損壞?；謴推陂g二極管兩端產(chǎn)生額外電壓尖峰：

VRM=VR+L*dir/dt各種封裝器件溫度測試點的選取十，二極管參數(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%應力參考點器件工作區(qū)域B級產(chǎn)品A級產(chǎn)品最大反向電壓VRI工作區(qū)最壞情況≤95％額定耐壓VRRM≤90％額定耐壓VRRM最大反向電壓VRII工作區(qū)最壞情況≤100％額定耐壓VRRM≤100％額定耐壓VRRM2，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。

DIF=[IFAV/IFAVM]*[(TJM-TC)/(TJM-TCU)]*100%當二極管并聯(lián)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(qū)域B級產(chǎn)品A級產(chǎn)品正向平均電流IFAVI、II工作區(qū)最壞情況≤90％相應殼溫下的最大平均電流IFAVM(TCU)≤80％相應殼溫下的最大平均電流IFAVM(TCU)重復峰值電流IFRI、II工作區(qū)最壞情況≤70％相應殼溫下的最大峰值電流IFRM(TCU)≤60％相應殼溫下的最大峰值電流IFRM(TCU)浪涌電流IFSII工作區(qū)最壞情況≤70％相應殼溫下的最大浪涌電流IFSM(TCU)≤60％相應殼溫下的最大浪涌電流IFSM(TCU)3，結溫降額二極管實際工作的結溫必須低于最高結溫，實際結溫與最高結溫的百分比為結溫降額。實際工作結溫：TJ=TCU+PD*Rthjc

結溫降額為：DTJ=TJ/TJM%100%應力參考點器件工作區(qū)域B級產(chǎn)品A級產(chǎn)品二極管工作結溫TJI工作區(qū)最壞情況≤85％額定最高結溫TJM≤85％額定最高結溫TJM二極管工作結溫TJII工作區(qū)最壞情況≤90％額定最高結溫TJM≤90％額定最高結溫TJM十一，功率二極管損耗計算功率二極管的開關損耗包括四個部分：開通損耗、導通損耗、關斷損耗、阻斷損耗PD=PON+PF+POFF+PB1，開通損耗：發(fā)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：EON=0.5×VFR×IF×tfrPON=EON×FT2，導通損耗：導通損耗發(fā)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。VF=rT×IF+VT0PF=(VT0×IF+rT×IF2)×D3，關斷損耗：關斷損耗發(fā)生在二極管由導通到反向截止的轉換瞬間：EOFF=IRR×VR×Trb×0.5POFF=EOFF×FT4，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：PB=VR×IRM×D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)選供應商的成熟產(chǎn)品。2)選擇通用參數(shù)產(chǎn)品，容易替代。3)標準封裝產(chǎn)品，通用性強。2，使用要求1）避免串聯(lián)使用串聯(lián)－導致兩個器件在關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，一定要選用快恢復二極管。2）主回路中，電流連續(xù)型電路中，使用軟恢復二極管。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，如快恢復二極管的正向壓降、恢復時間和阻斷電壓之間的關系，肖特基二極管的結溫、壓降和反向耐壓的關系。

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）GALLIUMARSENIDESCHOTTKY：目前已經(jīng)很成熟，APT和IXYS等公司有很多型號。優(yōu)點：阻斷電壓：150-250V壓