二极管

全球知名半导体制造商ROHM(总部位于日本京都),面向包括xEV在内的动力传动系统等车载系统,开发出200V耐压的超低IR※1肖特基势垒二极管※2(以下简称“SBD”)“RBxx8BM200”“RBxx8NS200”。

RBxx8BM/NS200是RBxx8系列的新产品,该系列产品是可在高温环境下工作的超低IR SBD,已经在日本国内的汽车市场取得非常优异的业绩。此次,利用其超低IR特性,实现了高达200V的耐压,可替换以往在汽车中普遍使用的整流二极管※3和快速恢复二极管※4(以下简称“FRD”),因此可显著改善VF※5特性(比以往FRD低约11%)。不仅有助于进一步降低应用的功耗,还可因发热量降低而实现小型封装设计,从而进一步节省空间。

本产品已于2019年7月份开始出售样品(样品价格250日元/个,不含税),预计将于2019年9月开始以月产100万个的规模投入量产。前期工序的生产基地为ROHM Wako Co., Ltd.(日本冈山),后期工序的生产基地为ROHM Integrated Systems (Thailand) Co., Ltd.(泰国)和ROHM Korea Corporation(韩国)。

开发背景

ROHM已实现可在车载的高温环境下使用的耐压达150V的超低IR SBD RBxx8系列的量产,并已获得高度好评。近年来,在48V轻度混合动力等驱动系统中,将电机和外围部件集成于1个模块的“机电一体化”已成为趋势技术,能够在高温环境下工作的高耐压、高效率SBD的需求日益高涨。而另一方面,在以往使用150V产品的系统中,高性能化和高可靠性要求越来越严格,因此要求SBD要具有更高的耐压性能。

在这种背景下,ROHM在RBxx8系列的产品阵容中新增加了200V耐压的产品。未来,罗姆将进一步扩充产品阵容,为车载和工业设备等广泛的应用领域进一步降低功耗、节省空间贡献力量。


特点

在高温环境下使用的车载和电源设备的电路,希望将以往的整流二极管和FRD替换为效率性能更优异的SBD。然而另一方面,SBD存在的问题是随着工作环境温度上升,IR特性会恶化,容易引发热失控,因此对于高效率且在高温环境下也可安全使用的产品开发需求越来越强烈。

RBxx8系列采用非常适用于高温环境的阻挡金属,大大改善了在车载和电源设备的电路中使用SBD时的最大课题--IR特性,成功打造了在车载和工业设备等高温环境下也可安全使用、无需担心热失控的SBD系列产品。


1. 替换FRD,有助于进一步降低应用的功耗

拥有超低IR特性,可实现高达200V的耐压,从而可将以往在需要200V耐压的车载系统中使用的FRD替换为SBD。RBxx8BM/NS200与FRD产品相比,VF特性可降低约11%,有助于应用的低功耗化。

2. 发热量减少,可小型封装设计,有助于应用进一步节省空间

更低VF可抑制发热量,因此与以往产品相比,可实现同一尺寸小型封装设计。

目前,中等功率封装品也在开发中,未来,曾经使用的5.9×6.9mm尺寸FRD产品将能够被替换为2.5×4.7mm的小型封装产品,安装面积可削减71%。


产品阵容

此次新增加的200V产品包括8款机型,至此,RBxx8系列的产品阵容已多达212款机型。


应用

动力传动系统等车载系统(xEV等)、工业设备逆变器、各种电源设备等。

术语解说

※1)IR(Reverse Current)

施加反向电压时产生的反向电流。值越小功耗越低。

※2)肖特基势垒二极管(Schottky-Barrier Diode:SBD)

具有“正向电压降较小、开关速度快”特点的二极管。主要用于开关电源等。

※3)整流二极管(Rectifier Diode)

具有从交流转换为直流功能的二极管。

※4)快速恢复二极管(Fast Recovery Diode: FRD)

将施加的正向电压切换为反向电压时,瞬间流过的反向电流达到零的时间(即反向恢复时间)很短的二极管。

※5)VF (Forward Voltage)

流过正向电流时二极管产生的电压值。值越小功耗越低。

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串联

在串联时,需要注意静态截止电压和动态截止电压的对称分布。

在静态时,由于串联各元件的截止漏电流具有不同的制造偏差,导致具有最小漏电流的元件承受了最大的电压,甚至达到擎住状态。但只要元件具有足够的擎住稳定性,则无必要在线路中采用均压电阻。只有当截止电压大于1200V的元件串联时,一般来说才有必要外加一个并联电阻。

假设截止漏电流不随电压变化,同时忽略电阻的误差,则对于n个具有给定截止电压VR的二极管的串联电路,我们可以得到一个简化的计算电阻的公式:

以上Vm是串联电路中电压的最大值,△Ir是二极管漏电流的最大偏差,条件是运行温度为最大值。我们可以做一个安全的假设:

上式中,Irm是由制造商所给定的。利用以上估计,电阻中的电流大约是二极管漏电流的六倍。

经验表明,当流经电阻的电流约为最大截止电压下二极管漏电流的三倍时,该电阻值便是足够的。但即使在此条件下,电阻中仍会出现可观的损耗。

原则上,动态的电压分布不同于静态的电压分布。如果一个二极管pn结的载流子小时得比另外一个要快,那么它也就更早地承受电压。

如果忽略电容的偏差,那么在n个给定截止电压值Vr的二极管相串联时,我们可以采用一个简化的计算并联电容的方法:

以上△QRR是二极管存储电量的最大偏差。我们可以做一个充分安全的假设:

条件是所有的二极管均出自同一个制造批号。△QRR由半导体制造商所给出。除了续流二极管关断时出现的存储电量之外,在电容中存储的电量也同样需要由正在开通的IGBT来接替。根据上述设计公式,我们发现总的存储电量值可能会达到单个二极管的存储电量的两倍。

一般来说,续流二极管的串联电流并不多见,原因还在于存在下列附件的损耗源:
① pn结的n重扩散电压;
② 并联电阻中的损耗;
③ 需要由IGBT接替的附加存储电量
④ 由RC电路而导致的元件的增加。

所以在高截止电压的二极管可以被采用时,一般不采用串联方案。

唯一的例外是当应用电路要求很短的开关时间和很低的存储电量时,这两点正好是地奈亚二极管所具备的。当然此时系统的通态损耗也会大大增加。

并联

并联并不需要附加的RC缓冲电路。重要的是在并联时通态电压的偏差应尽可能小。

一个判断二极管是否适合并联的重要参数是其通态电压对温度的依赖性。如果通态电压随温度的增加而下降,则它具有负的温度系数。对于损耗来说,这是一个优点。

如果通态电压随温度的增加而增加,则温度系数为正。

在典型的并联应用中,这是一个优点,其原因在于,较热的二极管将承受较低电流,从而导致系统的稳定。因为二极管总是存在一定的制造偏差,所以在二极管并联时,一个较大的负温度系数(>2mV/K)则有可能产生温升失衡的危险。

并联的二极管会产生热耦合
① 在多个芯片并联的模块中通过基片;
② 在多个模块并联于一块散热片时通过散热器;

一般对于较弱的负温度系数来说,这类热偶合足以避免具有最低通态电压的二极管走向温度失衡。但对于负温度系数值>2mM/K的二极管,我们则建议降额使用,即总的额定电流应当小于各二极管额定电流的总和。

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1. 概述

电源的输入部分,为了防止误操作,将电源的正负极接反,对电路造成损坏,一般会对其进行防护,如采用保险丝,二极管,MOS管等方式,这里就稍微做一下梳理总结。

2. 方式介绍

2.1 二极管防反接


采用二极管进行保护,电路简单,成本低,占用空间小。但是二极管的PN结在导通时,存在一个

2.2 保险丝防护

很多常见的电子产品,拆开之后都可以看到电源部分加了保险丝,在电源接反,电路中存在短路的时候由于大电流,进而将保险丝熔断,起到保护电路的作用,但这种方式修理更换比较麻烦。

2.3 MOS管防护

MOS管因工艺提升,自身性质等因素,其导通内阻技校,很多都是毫欧级,甚至更小,这样对电路的压降,功耗造成的损失特别小,甚至可以忽略不计,所以选择MOS管对电路进行保护是比较推荐的方式。

2.3.1 NMOS防护

如下图:上电瞬间,MOS管的寄生二极管导通,系统形成回路,源极S的电位大约为0.6V,而栅极G的电位为Vbat,MOS管的开启电压极为:Ugs = Vbat - Vs,栅极表现为高电平,NMOS的ds导通,寄生二极管被短路,系统通过NMOS的ds接入形成回路。


若电源接反,NMOS的导通电压为0,NMOS截止,寄生二极管反接,电路是断开的,从而形成保护。

2.3.2 PMOS防护

如下图:上电瞬间,MOS管的寄生二极管导通,系统形成回路,源极S的电位大约为Vbat-0.6V,而栅极G的电位为0,MOS管的开启电压极为:Ugs = 0 -(Vbat-0.6),栅极表现为低电平,PMOS的ds导通,寄生二极管被短路,系统通过PMOS的ds接入形成回路。


若电源接反,PMOS的导通电压大于0,PMOS截止,寄生二极管反接,电路是断开的,从而形成保护。

注:NMOS管将ds串到负极,PMOS管ds串到正极,寄生二极管方向朝向正确连接的电流方向;

MOS管的D极和S极的接入:通常使用N沟道的MOS管时,一般是电流由D极进入而从S极流出,PMOS则S进D出,应用在这个电路中时则正好相反,通过寄生二极管的导通来满足MOS管导通的电压条件。MOS管只要在G和S极之间建立一个合适的电压就会完全导通。导通之后D和S之间就像是一个开关闭合了,电流是从D到S或S到D都一样的电阻。

实际应用中,G极一般串接一个电阻,为了防止MOS管被击穿,也可以加上稳压二极管。并联在分压电阻上的电容,有一个软启动的作用。在电流开始流过的瞬间,电容充电,G极的电压逐步建立起来。


对于PMOS,相比NOMS导通需要Vgs大于阈值电压,由于其开启电压可以为0,DS之间的压差不大,比NMOS更具有优势。

USB与电池切换设计:

当USB供电时,PMOS截止,通过二极管输入系统;当电池供电时,PMOS导通,下拉电阻的作用是将栅极电位稳定的拉低,确保PMOS正常开启,防止栅极高阻抗带来的隐患。


通过MCU的IO控制输入—>输出:

R3确保栅极电流不至于太大,R2上拉,截止PMOS,IO输出控制时,稳定为低,开启PMOS。


参考:
1.MOS管防止电源反接的一些总结
2.关于直流电防接反电路的总结
3.TI参考设计
4.PMOS开关管的选择与电路图

本文转自:https://blog.csdn.net/wwt18811707971/article/details/80232617
作者:霁风AI,转载此文目的在于传递更多信息,版权归原作者所有。

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1. 什么是二极管的正向额定电流?

二极管的额定电流是二极管的主要标称值,比如5A/100V的二极管,5A就是额定电流。通常额定电流的定义是该二极管所能通过的额定平均电流。但是有些的测试前是方波,也就是可以通过平均值为5A的方波电流。有些得测试前提是直流,也就是能通过5A的直流电流。理论上来说,对于硅二极管,以方波为测试条件的二极管能通过更大的直流电流,因为同样平均电流的方波较于直流电流,会给二极管带来更大损耗。那么5A的二极管是否一定能通过5A的电流?不一定,这个和温度有关,当你的散热条件不足够好,那么二极管能通过的电流会被结温限制。

2. 什么是二极管的反向额定电压?

二极管反向截止时,可以承受一定的反压,那么其最高可承受的反压就是额定电压。比如5A/100V的二极管,其额定反压就是 100V。虽然,所有二极管厂家都会留一定的裕量,100V的二极管通常用到110V都不会有问题,但是不建议这么用,因为超过额定值,厂家就不会保证其可靠性,出了问题就是你的问题了。而且很多电源设计公司,为了保障可靠性,还会降额设计。

3. 什么是二极管的正向冲击电流?

开关电源在开机或者其他瞬态情况下,需要二极管能够承受很大的冲击电流而不坏,当然这种冲击电流应该是不重复性,或者间隔时 间很长的。通常二极管的数据手册都有定义这个冲击电流,其测试条件往往是单个波形的冲击电流,比如单个正弦波,或者方波。其电流值往往可达几百。

4. 什么是二极管的正向导通压降?

二极管在正向导通,流过电流的时候会产生压降。这个压降和正向电流以及温度有关。通常硅二极管,电流越大,压降越大。温度越高,压降越小。但是碳化硅二极管却是温度越高,压降越大。

5. 什么是二极管的反向漏电流?

二极管在反向截止的时候,并不是完全理想的截止。在承受反压得时候,会有些微小的电流从阴极漏到阳极。这个电流通常很小,而且反压越高,漏电流越大,温度越高,漏电流越大。大的漏电流会带来较大的损耗,特别在高压应用场合。

6. 什么是二极管的反向恢复时间和反向恢复电流?

这个是二极管的重要指标,所谓的快恢复,慢恢复二极管就是以此为标准。二极管 在从正偏转换到反偏的时候,会出现较大的反向恢复电流从阴极流向阳极,其反向电流先上升到峰值,然后下降到零。那么其上升下降的时间就是反向恢复时间,峰 值电流就是反向恢复电流。这个在高频率的应用中会带来很大损耗。而反向恢复时间和电流和二极管截止时,正向电流的下降速率正相关。解决这个问题,一就是用 恢复时间更快的二极管,二是采用ZCS方式关断二极管。

7. 什么是软恢复二极管?

二极管在反向恢复的时候,反向电流下降的比较慢的,称为软恢复二极管。软恢复对减小EMI有一定的好处。

8. 什么是二极管的结电容?

结电容是二极管的一个寄生参数,可以看作在二极管上并联的电容。

9. 什么是二极管的寄生电感?

二极管寄生电感主要由引线引起,可以看作串联在二极管上的电感。

10. 二极管正向导通时候瞬态过程是怎样?

对于二极管的瞬态过程,通常关心比较多的是反向恢复特性。但是其实二极管从反偏转为正向导通的过程也有值得注意的地 方。在二极管刚导通的时候,正向压降会先上升到一个最大值,然后才会下降到稳态值。而这个最大值,随di/dt的增大而增大。也就是说二极管带导通瞬间会 产生一个正向尖峰电压,而且电压要大于稳态电压。快恢复管的这个正向尖峰电压比较小,慢恢复管就会很严重。这个就引出了另外一个问题:

11. 在RCD钳位电路中,二极管到底选慢管,还是快管?

RCD电路常用于一些需要钳位的场合,比如flyback原边MOS的电压钳位,次级整流管的电压钳 位。有些技术文献说应该用慢恢复管,理由是慢恢复管由于其反向恢复时间比较长,这样钳位电容中的一部分能量会在二极管反向恢复过程中回馈给电路,这样整个 RCD电路的损耗可以降低。不过这个只适合小电流,低di/dt的场合。比如小功率flyback的原边钳位电路。但是不适合大电流,高di/dt的钳位 场合,比如大电流输出的电源的次级钳位电路。因为,慢恢复管在导通的时候会产生很高导通压降尖峰,导致虽然钳位电容上的电压很低,但是却没法钳住尖峰电 压。所以应该选择肖特基二极管之类。

12. 什么是肖特基二极管?

肖特基二极管是一种利用肖特基势垒工艺的二极管,和普通的PN结二极管相比,其优点:更快的反向恢复时间,很多称之为0反向恢复时 间。虽然并不是真的0反向恢复时间,但是相对普通二极管要快非常多。其缺点:反向漏电流比较大,所以没法做成高压的二极管。目前的肖特基二极管,基本都是 200V以下的。虽然有些公司可以提供高压的肖特基硅二极管,但是也是将几个二极管串联之后封装在一起。当然也有公司称有独特的工艺,可以制造高压肖特基 二极管,但并不知晓是什么样的工艺。

13. 什么是碳化硅二极管?

通常大家所用的基本都是以硅为原料的二极管,但是最近比较热门的碳化硅二极管是用碳化硅为原料的二极管。目前常见的多为高压的肖特基 碳化硅二极管,其优点:反向恢复特性很好,媲美肖特基硅二极管。但是可以做高压的二极管。在PFC中已有较多应用。缺点:正向导通压降比较大。还有一点与硅二极管不同的是其导通压降随温度上升反而增大。早期的碳化硅二极管,还有可承受冲击电流小,可靠性不高等缺点。但是目前已有很大改善。

14. 什么是砷化镓二极管?

说实话,我听说砷化镓材料早于碳化硅,但是后来就较少听说了。目前砷化镓在LED上似乎有些应用,但是功率器件上却还比较少。

15. 二极管适合并联么?

理论上来说硅二极管,由于导通压降随温度上升而下降,所以是不适合并联的,但是现在很多二极管会把两个单管封装在一起,这样温升相对均匀,给并联带来好处。但是碳化硅是的压降是随温度上升而上升,理论上是适合并联的。

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TVS二极管的应用及分析

瞬态电压抑制器(TVS)具有响应时间快、瞬态功率大、漏电流低、击穿电压偏差小、箝位电压较易控制、无损坏极限、体积小等优点。目前已广泛应用于计算机系统、通讯设备、交/直流电源、汽车、家用电器、仪器仪表等各个领域。本文将结合TVS应用的特点及使用注意事项,介绍TVS的几种典型应用电路,并通过TVS在热插拔电路保护和汽车电源线保护中应用的实例,来详细探讨如何正确应用TVS和使TVS的应用效能最佳。

在实际的应用电路中,处理瞬时脉冲对器件损害的最好办法,就是将瞬时电流从敏感器件引开。为达到这一目的,将TVS在线路板上与被保护线路并联。这样,当瞬时电压超过电路正常工作电压后,TNS将发生雪崩击穿,从而提供给瞬时电流一个超低阻抗的通路,其结果是瞬时电流通过TVS被引开,从而避开被保护器件,并且在电压恢复正常值之前使被保护回路一直保持截止电压。在此之后,当瞬时脉冲结束以后,TVS二极管再自动恢复至高阻状态,整个回路进入正常电压状态。


TVS应用的三大特点

1)将TVS二极管加在信号及电源线上,能防止微处理器或单片机因瞬间的脉冲,如静电放电效应、交流电源之浪涌及开关电源的噪音所导致的失灵。

2)静电放电效应能释放超过10000V、60A以上的脉冲,并能持续10ms;而一般的TTL器件,遇到超过30ms的10V脉冲时,便会导至损坏。利用TVS二极管,可有效吸收会造成器件损坏的脉冲,并能消除由总线之间开关所引起的干扰(Crosstalk)。

3)将TVS二极管放置在信号线及接地间,能避免数据及控制总线受到不必要的噪音影响。

TVS管在使用中应注意的事项

对瞬变电压的吸收功率(峰值)与瞬变电压脉冲宽度间的关系。手册给的只是特定脉宽下的吸收功率(峰值),而实际线路中的脉冲宽度则变化莫测,事前要有估计。对宽脉冲应降额使用。

对小电流负载的保护,可有意识地在线路中增加限流电阻,只要限流电阻的阻值适当,不会影响线路的正常工作,但限流电阻对干扰所产生的电流却会大大减小。这就有可能选用峰值功率较小的TVS管来对小电流负载线路进行保护。

对重复出现的瞬变电压的抑制,尤其值得注意的是TVS管的稳态平均功率是否在安全范围之内。

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达到AEC-Q101标准的器件性能超越基于聚合物的技术或放电器

5月8日——Littelfuse, Inc.,今天宣布推出两个系列的双向瞬态抑制二极管阵列(SPA®二极管),用于在PCB布局尤其具有挑战性的应用中保护超高速消费电子产品接口免受破坏性静电放电(ESD)的损坏。SP3208系列中的第一款瞬态抑制二极管阵列SP3208-01UTG经过机械优化,可提供稳定的超低电容(标称值为0.08 pF)。第一款SP3213系列器件SP3213-01UTG则可提供具有较高成本效益的ESD保护解决方案。

两款“超低电容ESD保护”器件均符合AEC-Q101标准,并采用相同的座模,可安全吸收±12 kV的重复ESD震击而不会影响性能,并可安全耗散2A的8/20μs浪涌电流。

SP3208和SP3213系列瞬态抑制二极管阵列的典型应用包括:

  • 超高速数据线路和接口,例如USB 3.2、3.1、3.0、2.0、HDMI 2.1. 2.0、1.4a、1.3、DisplayPort™、Thunderbolt和V-by-One®,
  • 低功率天线端口
  • 消费类、移动及便携式电子产品
  • 平板电脑和带有高速接口的外部存储设备

“不断提升的数据速率给需要保持高度信号完整性的设计工程师带来了巨大挑战。”Littelfuse瞬态抑制二极管阵列(SPA二极管)业务开发经理Tim Micun表示。 “相比市面上的其他ESD保护解决方案,SP3208和SP3213系列的标称电容要低50%,这有助于保持信号的完整性,并将数据丢失率降至最低。 提供超过30 GHz的传输频带,让信号完整性工程师可创造出高速的数据环境。”

SP3208和SP3213系列瞬态抑制二极管阵列提供下列关键优势:

  • 低于0.1 pF基于硅的ESD保护可实现高达30 GHz的传输频带,为全世界最快的数据接口确保高度信号完整性。
  • 采用内部结构增强的业内标准0201DFN封装可减少寄生电容、电感和电阻,使得这些瞬态抑制二极管阵列能够更加轻松地融入保护方案。
  • 更低的寄生电容和电感可改善动态电阻性能,更快、更好地保护电路。

供货情况

SP3208和SP3213系列瞬态抑制二极管阵列提供表面贴装式µDFN-2 (0201)封装,采用15,000只装卷带封装。 您可通过全球各地的Littelfuse授权经销商索取样品。 如需了解Littelfuse授权经销商名录,请访问littelfuse.com。

更多信息

可通过以下方式查看更多信息:
SP3213系列瞬态抑制二极管阵列产品页面 以及 SP3208瞬态抑制二极管阵列产品页面
如有技术问题,请联系瞬态抑制二极管阵列业务开发经理Tim Micun:tmicun@littelfuse.com

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二极管最基本的工作状态是导通和截止两种,利用这一特性可以构成限幅电路。所谓限幅电路,就是指限制电路中某一点的信号幅度大小,当信号幅度大到一定程度时,不让信号的幅度再增大;当信号的幅度没有达到限制的幅度时,限幅电路不工作。具有这种功能的电路称为限幅电路,利用二极管来完成这一功能的电路称为二极管限幅电路。

图5-40所示是二极管限幅电路。在电路中,Al是集成电路(一种常用元器件),VT1和VT2是三极管(一种常用元器件),Rl和R2是电阻器,VDl~VD6是二极管。


1. 电路分析思路 WH253K9JI

对电路中VD1和VD2作用分析的思路,主要说明下列几点。

(1) 从电路中可以看出,VD1、VD2、VD3和VD4、VD5、VD6两组二极管的电路结构一样,这两组二极管在这一电路中所起的作用是相同的,所以只要分析其中一组二极管的电路工作原理即可。

(2) 集成电路Al的①脚通过电阻Rl与三极管VT1基极相连,显然Rl是信号传输电阻,将①脚上输出的信号通过Rl加到VT1基极(由于在集成电路Al的①脚与三极管VT1基极之间没有隔直电容)。根据这一电路结构可以判断:集成电路Al的①脚是输出信号引脚,而且输出直流和交流的复合信号。确定集成电路Al的①脚是信号输出引脚的目的,是为了判断二极管VD1在电路中的具体作用。

(3) 集成电路Al的①脚输出的直流电压显然不是很高,没有高到让外接的二极管处于导通状态。理由是:如果集成电路Al的①脚输出的直流电压足够高,那么VD1、VD2和VD3导通,其导通后的内阻很小,这样会将集成电路Al的①脚输出的交流信号分流到地,对信号造成衰减,显然这一电路中不需要对信号进行这样的衰减。所以从这个角度分析得到的结论是:集成电路Al的①脚输出的直流电压不会高到让VD1、VD2和VD3导通的程度。

(4) 从集成电路Al酌①脚输出的是直流和交流的叠加信号,它通过电阻Rl加到三极管VT1基极。VT1是NPN型三极管,如果加到VT1基极的正半周交流信号幅度出现很大的现象,就会使VT1的基极电压很大而有烧坏VT1的危险。加到VT1基极的交流信号负半周信号幅度很大时,对VT1没有烧坏的影响,因为VT1基极上的负极性信号使VT1基极电流减小。

(5) 通过上述电路分析思路可以初步判断,电路中的VD1、VD2、VD3是限幅保护二极管电路,用于防止集成电路Al的①脚输出的交流信号正半周幅度太大而烧坏VT1。

从上述思路出发对VD1、VD2、VD3二极管电路进一步分析,分析如果符合逻辑,则可以说明上述电路分析思路是正确的。

2. 二极管限幅电路

用画出信号波形的方法分析电路工作原理有时相当管用,用于分析限幅电路尤其有效,图5-41所示是电路中集成电路Al①脚上的信号波形示意图。


图中,Ul是集成电路Al的①脚输出信号中的直流电压,①脚输出信号中的交流电压是“骑”在这一直流电压上的。U2是限幅电压值。

结合上述信号波形来分析这个二极管限幅电路,当集成电路Al的①脚输出信号中的交流电压比较小时,交流信号的正半周加上直流输出电压奶也没有达到使VD1、VD2和VD3导通的程度,所以各二极管全部截止,对①脚输出的交流信号没有影响,交流信号通过Rl加到VT1中。

假设集成电路Al的①脚输出的交流信号其正半周幅度在某期间很大,见图中的信号波形,由于此时交流信号的正半周幅度加上直流电压已超过二极管VD1、VD2和VD3正向导通的电压值,如果每只二极管的导通电压是0.7V,那么三只二极管的导通电压是2.1V。由于三只二极管导通后的管压降基本不变,即集成电路Al的①脚最大为2.1V,因此交流信号正半周超出部分被去掉(限制),其超出部分信号其实降在了集成电路Al的①脚内电路中的电阻上(图中未画出)。

当集成电路Al的①脚直流和交流输出信号的幅度小于2.1V时,这一电压又不能使三只二极管导通,这样三只二极管再度从导通转入截止状态,对信号没有限幅作用。

3. 电路分析细节 WG29AE20AA0

对于这一电路的具体分析细节,有如下几点说明。

(1) 集成电路Al的④脚输出的负半周大幅度信号不会造成VT1过电流,因为负半周信号只会使NPN型三极管的基极电压下降,基极电流减小,所以无须加入对于负半周的限幅电路。

(2) 上面介绍的是单向限幅电路,这种限幅电路只能对信号的正半周或负半周大信号部分进行限幅,对另一半周信号不限幅。另一种是双向限幅电路,它能同时对正、负半周信号进行限幅。

(3) 引起信号幅度异常增大的原因是多种多样的,例如偶然的因素(如电源电压的波动)导致信号幅度在某瞬间增大许多,外界的大幅度干扰脉冲窜入电路也是引起信号某瞬间异常增大的常见原因。

(4) 三只二极管VD1、VD2和VD3导通之后,集成电路Al的①脚上的直流和交流电压之和是2.1V,这一电压通过电阻Rl加到VT1基极,这也是VT1最高的基极电压,这时的基极电流也是VT1最大的基极电流。

(5) 由于集成电路Al的①脚和②脚外电路一样,因此其外电路中的限幅保护电路工作原理一样,分析电路时只要分析一个电路即可。

(6) 根据串联电路特性可知,串联电路中的电流处处相等,由此可以知道VD1、VD2和VD3三只串联二极管导通时同时导通,否则同时截止,绝不会出现串联电路中的某只二极管导通而某几只二极管截止的现象。

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二极管又称晶体二极管,简称二极管,另外,还有早期的真空电子二极管;它是一种具有单向传导电流的电子器件。在电子元件当中,一种具有两个电极的装置,只允许电流由单一方向流过。许多的使用是应用其整流的功能。而变容二极管则用来当作电子式的可调电容器。

1. 什么是二极管的正向额定电流?

二极管的额定电流是二极管的主要标称值,比如5A/100V的二极管,5A就是额定电流。通常额定电流的定义是该二极管所能 通过的额定平均电流。但是有些的测试前是方波,也就是可以通过平均值为5A的方波电流。有些得测试前提是直流,也就是能通过5A的直流电流。理论上来说,对于硅二极管,以方波为测试条件的二极管能通过更大的直流电流,因为同样平均电流的方波较于直流电流,会给二极管带来更大损耗。那么5A的二极管是否一定能通过5A的电流?不一定,这个和温度有关,当你的散热条件不足够好,那么二极管能通过的电流会被结温限制。

2. 什么是二极管的反向额定电压?

二极管反向截止时,可以承受一定的反压,那么其最高可承受的反压就是额定电压。比如5A/100V的二极管,其额定反压就是100V。虽然,所有二极管厂家都会留一定的裕量,100V的二极管通常用到110V都不会有问题,但是不建议这么用,因为超过额定值,厂家就不会保证其可靠性,出了问题就是你的问题了。而且很多电源设计公司,为了保障可靠性,还会降额设计。

3. 什么是二极管的正向冲击电流?

开关电源在开机或者其他瞬态情况下,需要二极管能够承受很大的冲击电流而不坏,当然这种冲击电流应该是不重复性,或者间隔时 间很长的。通常二极管的数据手册都有定义这个冲击电流,其测试条件往往是单个波形的冲击电流,比如单个正弦波,或者方波。其电流值往往可达几百。

4. 什么是二极管的正向导通压降?

二极管在正向导通,流过电流的时候会产生压降。这个压降和正向电流以及温度有关。通常硅二极管,电流越大,压降越大。温度越高,压降越小。但是碳化硅二极管却是温度越高,压降越大。

5. 什么是二极管的反向漏电流?

二极管在反向截止的时候,并不是完全理想的截止。在承受反压得时候,会有些微小的电流从阴极漏到阳极。这个电流通常很小,而且反压越高,漏电流越大,温度越高,漏电流越大。大的漏电流会带来较大的损耗,特别在高压应用场合。

6. 什么是二极管的反向恢复时间和反向恢复电流?

这个是二极管的重要指标,所谓的快恢复,慢恢复二极管就是以此为标准。二极管在从正偏转换到反偏的时候,会出现较大的反向恢复电流从阴极流向阳极,其反向电流先上升到峰值,然后下降到零。那么其上升下降的时间就是反向恢复时间,峰值电流就是反向恢复电流。这个在高频率的应用中会带来很大损耗。而反向恢复时间和电流和二极管截止时,正向电流的下降速率正相关。解决这个问题,一就是用恢复时间更快的二极管,二是采用ZCS方式关断二极管。

7. 什么是软恢复二极管?

二极管在反向恢复的时候,反向电流下降的比较慢的,称为软恢复二极管。软恢复对减小EMI有一定的好处。

8. 什么是二极管的结电容?

结电容是二极管的一个寄生参数,可以看作在二极管上并联的电容。

9. 什么是二极管的寄生电感?

二极管寄生电感主要由引线引起,可以看作串联在二极管上的电感。

10. 二极管正向导通时候瞬态过程是怎样?

对于二极管的瞬态过程,通常关心比较多的是反向恢复特性。但是其实二极管从反偏转为正向导通的过程也有值得注意的地方。在二极管刚导通的时候,正向压降会先上升到一个最大值,然后才会下降到稳态值。而这个最大值,随di/dt的增大而增大。也就是说二极管带导通瞬间会产生一个正向尖峰电压,而且电压要大于稳态电压。快恢复管的这个正向尖峰电压比较小,慢恢复管就会很严重。这个就引出了另外一个问题:

11. 在RCD钳位电路中,二极管到底选慢管,还是快管?

RCD电路常用于一些需要钳位的场合,比如flyback原边MOS的电压钳位,次级整流管的电压钳位。有些技术文献说应该用慢恢复管,理由是慢恢复管由于其反向恢复时间比较长,这样钳位电容中的一部分能量会在二极管反向恢复过程中回馈给电路,这样整个RCD电路的损耗可以降低。不过这个只适合小电流,低di/dt的场合。比如小功率flyback的原边钳位电路。但是不适合大电流,高di/dt的钳位场合,比如大电流输出的电源的次级钳位电路。因为,慢恢复管在导通的时候会产生很高导通压降尖峰,导致虽然钳位电容上的电压很低,但是却没法钳住尖峰电压。所以应该选择肖特基二极管之类。

12. 什么是肖特基二极管?

肖特基二极管是一种利用肖特基势垒工艺的二极管,和普通的PN结二极管相比,其优点:更快的反向恢复时间,很多称之为0反向恢复时间。虽然并不是真的0反向恢复时间,但是相对普通二极管要快非常多。其缺点:反向漏电流比较大,所以没法做成高压的二极管。目前的肖特基二极管,基本都是 200V以下的。虽然有些公司可以提供高压的肖特基硅二极管,但是也是将几个二极管串联之后封装在一起。当然也有公司称有独特的工艺,可以制造高压肖特基二极管,但并不知晓是什么样的工艺。

13. 什么是碳化硅二极管?

通常大家所用的基本都是以硅为原料的二极管,但是最近比较热门的碳化硅二极管是用碳化硅为原料的二极管。目前常见的多为高压的肖特基碳化硅二极管,其优点:反向恢复特性很好,媲美肖特基硅二极管。但是可以做高压的二极管。在PFC中已有较多应用。缺点:正向导通压降比较大。还有一点与硅二极管不同的是其导通压降随温度上升反而增大。早期的碳化硅二极管,还有可承受冲击电流小,可靠性不高等缺点。但是目前已有很大改善。

14. 什么是砷化镓二极管?

说实话,我听说砷化镓材料早于碳化硅,但是后来就较少听说了。目前砷化镓在LED上似乎有些应用,但是功率器件上却还比较少。

15. 二极管适合并联么?

理论上来说硅二极管,由于导通压降随温度上升而下降,所以是不适合并联的,但是现在很多二极管会把两个单管封装在一起,这样温升相对均匀,给并联带来好处。但是碳化硅是的压降是随温度上升而上升,理论上是适合并联的。

来源:电子发烧友网整理

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有5A 浪涌保护能力的双向TVS二极管阵列有助延长敏感消费电子产品的使用寿命

提供对称数据线双向保护,高达±30kV的ESD防护能力

2019年1月25日,Littelfuse, Inc.宣布推出双向瞬态抑制二极管阵列(SPA®二极管)系列的首款产品,该系列产品旨在保护高端消费电子产品和可穿戴电子产品免因破坏性静电放电损坏。 SP1333系列中的首款瞬态抑制二极管SP1333-01UTG具有3.3V击穿电压, 采用专有硅雪崩技术,将背对背二极管组合在一起。 这种背对背配置可提供高达±30kV的ESD对称数据线保护,安全吸收反复性ESD震击,同时避免性能减退。 低钳位电压使SP1333系列能够耐受>5A的浪涌电流,为保护的电子设备延长使用寿命。

SP1333系列瞬态抑制二极管阵列的典型应用包括:

  •   手机/智能手机
  •   便携式医疗设备
  •   MP3/PMP设备
  •   便携式导航设备
  •   小尺寸
  •   平板电脑
  •   销售点终端

“SP1333系列对我们采用紧凑型0201封装的瞬态抑制二极管阵列产品组合形成了补充,该产品组合现已覆盖从3.3V至36V的整个击穿电压范围。”Littelfuse瞬态抑制二极管阵列业务开发经理Tim Micun表示。 “这一产品线的增加提高了我们对市场的服务水平,使Littelfuse成为电子市场领导者的首选保护来源。”

SP1333系列瞬态抑制二极管阵列具有下列突出优势:

  •   低电容(每个输入/输出端口仅为10pF)有助于保持信号完整性,并最大限度地减少数据丢失。

  •   极低(<50nA)寄生漏电得到优化,以延长使用寿命。

  •   通过结合高(>5A)浪涌容差和±30kV ESD保护,针对电气威胁提供更加可靠的保护。

供货情况

SP1333系列瞬态抑制二极管阵列提供15,000只装表面封装式0201DFN卷带封装。 您可通过全球各地的Littelfuse授权经销商索取样品。 如需了解Littelfuse授权经销商名录,请访问littelfuse.com。

更多信息

可通过以下方式查看更多信息:SP1333系列瞬态抑制二极管阵列产品页面。如有技术问题,请联系瞬态抑制二极管阵列业务开发经理Tim Micun:tmicun@littelfuse.com

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肖特基二极管和快恢复二极管到底区别在哪?

快恢复二极管从名称上很好理解,肖特基二极管是以人名命名,由于制造工艺完全不同,是肖特基博士的一个创新。

肖特基二极管是以其发明人肖特基博士(Schottky)命名的,SBD是肖特基势垒二极管(SchottkyBarrierDiode,缩写成SBD)的简称。SBD不是利用P型半导体与N型半导体接触形成PN结原理制作的,而是利用金属与半导体接触形成的金属-半导体结原理制作的。因此,SBD也称为金属-半导体(接触)二极管或表面势垒二极管,它是一种热载流子二极管。

肖特基二极管和快恢复二极管在物理结构上是不一样的。肖特基二极管的阳极是金属,阴极是N型半导体;快恢复二极管基本结构仍然是普通的PIN二极管,即阴阳极分别为N和P型半导体。物理结构决定了两者的电特性。

1. 肖特基二极管耐压较低,通常在200V以下,同等耐压,相同电流下,肖特基二极管的正向压降低于快恢复二极管。

2. 肖特基二极管载流子只有电子,理论上没有反向恢复时间,而快恢复二极管本质上和PIN二极管一样,是少子器件的反向恢复时间通常在几十到几百ns。

3. 额定反向耐压下,快恢复二极管的反向漏电流较小,通常在几uA到几十uA;肖特基二极管的反向漏电流则通常达到几百uA到几十mA,且随温度升高急剧增大。

二极管反向恢复时间到底怎样形成?

反向恢复时间基本的定义是:二极管从导通状态转换成关断状态所需的时间。

从定义可以看出,二极管导通状态下突然施加一个反偏电压,它不能马上截止需要一个过度时间,也就是反向恢复时间。

通常在开关电源连续模式反向恢复过程中,二极管流过较大的反向电流同时承受了较大的反向电压,因此造成了很大的反向恢复损耗,所以一般选反向恢复时间越短的越好,在电压应力较低的情况下肖特基是首选。

在CCM PFC中,为了降低这个损耗,通常的超快恢复二极管(标称反向恢复时间十几到几十ns)仍然差强人意,需要用到SiC二极管。常用的SiC二极管通常是肖特基结构,反向恢复时间远低于PIN二极管。

产生反向恢复过程的原因——电荷存储效应

产生上述现象的原因是由于二极管外加正向电压VF时,载流子不断扩散而存储的结果。当外加正向电压时P区空穴向N区扩散,N区电子向P区扩散,这样,不仅使势垒区(耗尽区)变窄,而且使载流子有相当数量的存储,在P区内存储了电子,而在N区内存储了空穴 ,它们都是非平衡少数载流于,如下图所示。

空穴由P区扩散到N区后,并不是立即与N区中的电子复合而消失,而是在一定的路程LP(扩散长度)内,一方面继续扩散,一方面与电子复合消失,这样就会在LP范围内存储一定数量的空穴,并建立起一定空穴浓度分布,靠近结边缘的浓度最大,离结越远,浓度越小 。正向电流越大,存储的空穴数目越多,浓度分布的梯度也越大。电子扩散到P区的情况也类似,下图为二极管中存储电荷的分布。

我们把正向导通时,非平衡少数载流子积累的现象叫做电荷存储效应。

当输入电压突然由+VF变为-VR时P区存储的电子和N区存储的空穴不会马上消失,但它们将通过下列两个途径逐渐减少:

① 在反向电场作用下,P区电子被拉回N区,N区空穴被拉回P区,形成反向漂移电流IR,如下图所示;

②与多数载流子复合。

在这些存储电荷消失之前,PN结仍处于正向偏置,即势垒区仍然很窄,PN结的电阻仍很小,与RL相比可以忽略,所以此时反向电流IR=(VR+VD)/RL。VD表示PN结两端的正向压降,一般 VR>>VD,即 IR=VR/RL。在这段期间,IR基本上保持不变,主要由VR和RL所决定。经过时间ts后P区和N区所存储的电荷已显著减小,势垒区逐渐变宽,反向电流IR逐渐减小到正常反向饱和电流的数值,经过时间tt,二极管转为截止。

由上可知,二极管在开关转换过程中出现的反向恢复过程,实质上由于电荷存储效应引起的,反向恢复时间就是存储电荷消失所需要的时间。

二极管和一般开关的不同在于,“开”与“关”由所加电压的极性决定, 而且“开”态有微小的压降V f,“关”态有微小的电流i0。当电压由正向变为反向时, 电流并不立刻成为(- i0) , 而是在一段时间ts内, 反向电流始终很大, 二极管并不关断。经过ts后, 反向电流才逐渐变小, 再经过tf时间, 二极管的电流才成为(- i0) , ts称为储存时间, tf称为下降时间。tr= ts+ tf称为反向恢复时间, 以上过程称为反向恢复过程。这实际上是由电荷存储效应引起的, 反向恢复时间就是存储电荷耗尽所需要的时间。该过程使二极管不能在快速连续脉冲下当做开关使用。如果反向脉冲的持续时间比tr短, 则二极管在正、反向都可导通, 起不到开关作用。

来源:张飞实战电子

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