二極管培訓(xùn).ppt

1、二極管培訓(xùn),一、二極管的基本原理 二、二極管的種類 三、二極管的主要參數(shù) 四、二極管的應(yīng)用 五、二極管常見的失效原因 六、二極管的技術(shù)發(fā)展 七，主要供應(yīng)商,內(nèi)容提綱,二極管的基本原理,PN 結(jié)型二極管：,PN 結(jié)的形成：在同一片半導(dǎo)體基片上，分別制造P 型半導(dǎo)體和N 型半導(dǎo)體，經(jīng)過載流子的擴(kuò)散，在它們的交界面處就形成了PN 結(jié)。 在PN結(jié)兩端引出電極就構(gòu)成了二極管。二極管加正向電壓時，PN結(jié)變窄，正向電流大，正向電阻較小，處于導(dǎo)通狀態(tài)。二極管加反向電壓時，PN結(jié)變寬，反向電流小，反向電阻大，處于截止?fàn)顟B(tài)。,二極管的基本原理,肖特基二極管：,肖特基二極管是由N型半導(dǎo)體和金屬接觸，利用接觸面上形成

2、的肖特基勢壘構(gòu)成的二極管。 由于肖特基二極管只用電子做載流子，不存在電荷儲存問題，使開關(guān)特性獲得顯著改善。同時肖特基二極管的正向壓降較低，反向耐壓值也較低，因此適宜在低電壓、高頻率情況下工作。利用這些特點(diǎn)，能提高低壓、大電流、高頻電路的整流效率 。,二極管的基本原理,二極管的伏安特性,反向擊穿 電壓U(BR),導(dǎo)通壓降,外加電壓大于死區(qū)電壓二極管才能導(dǎo)通。,反向特性,死區(qū)電壓,外加電壓大于反向擊穿電壓二極管被擊穿，失去單向?qū)щ娦浴?反向電流 在一定電壓 范圍內(nèi)保持 常數(shù)。,二極管的基本原理,PN結(jié)型二極管包括整流二極管、開關(guān)二極管、快恢復(fù)二極管等。 PN結(jié)型二極管和肖特基二極管具有單向?qū)щ娦裕?/p>

3、用于整流、檢波、鉗位、變?nèi)莸入娐分?，在二極管整流電路中，輸入交流電壓，輸出端得到直流電壓。,二極管的基本原理,穩(wěn)壓二極管：,穩(wěn)壓二極管是特殊的PN結(jié)型二極管，適于工作在反向擊穿狀態(tài)，正向曲線與普通二極管相同，但反向擊穿曲線好，不會發(fā)生二次擊穿，消耗功率控制在允許功耗內(nèi)時，穩(wěn)壓管就能夠可靠的工作。穩(wěn)壓二極管用于穩(wěn)壓、鉗位、限幅、電平移動等電路中。,二極管的種類,二極管的一般分類：,二極管的種類,按封裝分為： 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-227,二極管的種類,各種二極管的

4、主要區(qū)別：,整流二極管：正向壓降低，恢復(fù)時間長，適合低頻整流。如1N4007，整流橋等。 開關(guān)（信號）二極管：開關(guān)速度快，結(jié)電容小，適合信號處理。如BAV70。 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。 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。 肖特基二極管：正向壓降小，無存儲電荷。適合低壓高頻整流。 穩(wěn)壓二極管：工作在反向擊穿狀態(tài)，用于穩(wěn)壓電路，正向特性同整流二極管。,二極管的主要參數(shù),1，二極管的伏安特性參數(shù),反向阻斷參數(shù)： VR/VRRM/VRSM:反向阻斷電壓 IR:反向阻斷漏電流 正向?qū)▍?shù)： IFAV：二極管額定正向工作電流 IFSM：浪涌電流 I2t：正

5、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?qū)娮?二極管的主要參數(shù),二極管的主要參數(shù),2，二極管的溫度特性參數(shù),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 耗散功率： Pd/Ptot：在規(guī)定條件散熱條件下的最大總功耗,二極管的主要參數(shù),瞬態(tài)熱阻,二極管的主要參數(shù),3，快恢復(fù)二極管的動態(tài)參數(shù),二極管的主要參數(shù),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。電荷被

6、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,二極管的主要參數(shù),開通特性,二極管加正向電壓后，在完全導(dǎo)通之前，二極管兩端會產(chǎn)生比導(dǎo)通電壓高的正向壓降。 VFR:正向恢復(fù)電壓 Tfr:正向恢復(fù)時間,二極管的主要參數(shù),4，肖特基二極管的參數(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,二極管的主要參數(shù),5，穩(wěn)壓二極管的參數(shù),IZT：標(biāo)稱測試測試電流 VZ：在測試電流（ IZT ）條件下的穩(wěn)壓電壓 ZZT：在測試電流（ IZT ）條件下的動態(tài)阻抗 VR：標(biāo)稱反向阻斷電壓 IR：在標(biāo)稱反向阻斷電壓條件下的反向漏電流 VZ

7、：在VZ條件下的溫度系數(shù) C：結(jié)電容,VZ,IZT,IZM, VZ, IZ,IR,VR,二極管的應(yīng)用,1，二極管各種參數(shù)之間的關(guān)系,溫度與反向阻斷電壓的關(guān)系：溫度升高，阻斷電壓略有增加，漏電流增大，雪崩能力下降。,低溫曲線,高溫曲線,二極管的應(yīng)用,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。,二極管的應(yīng)用,正向壓降與溫度關(guān)系：溫度上升，正向壓降降低。,二極管的應(yīng)用,溫度與關(guān)斷特性的關(guān)系：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。,二極管的應(yīng)用,di/dt與關(guān)斷特性的關(guān)系：di/dt大，反向恢復(fù)時間短，反向恢復(fù)電流大。,二極管的應(yīng)用,di/dt、正向電流與反向恢復(fù)時間的關(guān)

8、系,二極管的應(yīng)用,di/dt與開通特性的關(guān)系,二極管的應(yīng)用,肖特基二極管結(jié)電容與反向電壓的關(guān)系：反壓增大，結(jié)電容減小。,二極管的應(yīng)用,不同型號肖特基二極管之間關(guān)系 反向耐壓高，正向壓降大 結(jié)溫高，正向壓降大 正向壓降低，反向漏電流大,二極管的應(yīng)用,穩(wěn)壓二極管： 穩(wěn)壓二極管的正向壓降與溫度的關(guān)系為負(fù)溫度系數(shù)，溫度升高，正向壓降降低。 穩(wěn)壓二極管反向漏電流與溫度的關(guān)系，溫度升高，漏電增大。 穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓值與溫度的關(guān)系：穩(wěn)壓值低于5V的屬于齊納擊穿，為負(fù)溫度系數(shù)；高于7V的屬于雪崩擊穿，為正溫度系數(shù)。,二極管的應(yīng)用,2，快恢復(fù)二極管開關(guān)特性對電路的影響,正向恢復(fù)特性對電路的影響：二極管開通期間，二

9、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。 反向恢復(fù)特性對電路的影響：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（IGBT、MOSFET）功耗，增加二極管本身功耗。 恢復(fù)期間的瞬時電流尖峰產(chǎn)生電磁干擾（EMI）。,二極管的應(yīng)用,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?；謴?fù)期間二極管兩端產(chǎn)生額外電壓尖峰： VRM=VR+L*diR/dt,二極管的應(yīng)用,3，二極管參數(shù)降額,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/VRR

10、M*100%,二極管的應(yīng)用,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(jìn)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10-20,二極管的應(yīng)用,結(jié)溫降額 二極管實(shí)際工作的結(jié)溫必須低于最高結(jié)溫，實(shí)際結(jié)溫與最高結(jié)溫的百分比為結(jié)溫降額。 實(shí)際工作結(jié)溫：TJ=TCU+PD*Rthjc 結(jié)溫降額為：DTJ=TJ/TJM%100%,二極管的應(yīng)用,4，功率二極管損耗的計算,二極管損耗包括四個部分： 開通損耗、導(dǎo)通損耗、關(guān)斷損耗、阻斷損耗 PD=PON+PF+POFF+PB,二極管的應(yīng)用,開通損

11、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,二極管的應(yīng)用,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,二極管的應(yīng)用,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 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=VRIRMD,二極管的應(yīng)用,5，穩(wěn)壓二極管參數(shù)降額,穩(wěn)定電壓范

12、圍VZ 降額 穩(wěn)壓二極管在規(guī)定條件下工作時，穩(wěn)壓值有一定誤差，即實(shí)際穩(wěn)壓值為VZt% ，t%為手冊中規(guī)定的誤差值,二極管的應(yīng)用,穩(wěn)壓電流IZ 降額,二極管的應(yīng)用,穩(wěn)壓二極管結(jié)溫TJ 降額,二極管的應(yīng)用,6，穩(wěn)壓二極管電路計算,最大輸入電壓，最小負(fù)載： (VIMAX-VZ)/RIZMAX 最小輸入電壓，最大負(fù)載： (VIMIN-VZ)/R-IOMAXIZMIN,二極管的應(yīng)用,7，二極管應(yīng)用注意事項(xiàng) 二極管的選用原則,選擇現(xiàn)有的優(yōu)選供應(yīng)商的成熟產(chǎn)品 如：IR公司的HFA系列，ST公司的STPH系列等 2) 選擇通用參數(shù)產(chǎn)品，容易替代 如：電流為1A,3A,6A;15A,30A,60A,120A 電

13、壓為30V,45V,60V,100V;200V,300V,600V,1200V 3) 標(biāo)準(zhǔn)封裝產(chǎn)品，通用性強(qiáng)，容易替代 如：DO201,SMA,SMB,SMC,DPAK,D2PAK,TO220,TO247,SOT227等,二極管的應(yīng)用,使用要求和注意事項(xiàng),1）避免串聯(lián)使用提高耐壓 串聯(lián)導(dǎo)致兩個器件在關(guān)斷瞬間或阻斷狀態(tài)不均壓,二極管的應(yīng)用,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20,二極管的應(yīng)用,3）工作頻率高于1KH

14、Z時，要選用快恢復(fù)二極管 4）主回路中，電流連續(xù)型電路中，盡量使用軟恢復(fù)二極管 5）肖特基二極管使用時注意防止dv/dt過高 6）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 7）穩(wěn)壓二極管不能并聯(lián)使用 8）對穩(wěn)壓管兩端的電壓有要求時，要保證穩(wěn)壓管有一定的工作電流 9) 穩(wěn)壓管串聯(lián)使用時要注意功率分配和最佳工作電流,二極管常見的失效原因,二極管常見的失效原因,1，電壓擊穿,二極管反向耐壓能力下降或者工作反向電壓超過額定值引起的失效，多表現(xiàn)為反向特性變壞或者徹底擊穿。芯片上表現(xiàn)為點(diǎn)擊穿或邊緣擊穿。 形成電壓擊穿的原因：1，供應(yīng)商產(chǎn)品缺陷 2，加工成型時造成器件芯片損傷 3，安裝器件時埋藏

15、應(yīng)力 4，實(shí)際應(yīng)用時電壓應(yīng)力超標(biāo) 5，測試時（耐壓）器件損傷 6，由其他器件失效造成連鎖失效,二極管常見的失效原因,電壓擊穿：芯片表面有明顯的電壓擊穿點(diǎn),機(jī)械損傷導(dǎo)致的器件失效，芯片邊角分層碎裂,二極管常見的失效原因,2，過熱損壞,二極管長時間工作在較大功耗條件下，結(jié)溫過高，器件特性退化直至芯片燒毀，芯片上有大面積過熱燒傷痕跡，甚至器件封裝遭到破壞。 形成過熱失效的原因：1，器件來料不良，如芯片燒結(jié)孔洞熱阻大 2，器件安裝不良導(dǎo)致熱阻大 3，功率或結(jié)溫降額超標(biāo) 4，其他器件失效導(dǎo)致的從屬失效,二極管常見的失效原因,器件過熱導(dǎo)致的失效,二極管常見的失效原因,3，電流浪涌,二極管在瞬時大電流的沖擊

16、下，造成芯片局部崩裂或熔融，嚴(yán)重時器件封裝材料炸裂。 形成浪涌的原因：1，負(fù)載短路 2，操作不當(dāng)局部電路短路 3，其他器件失效導(dǎo)致的短路,二極管的技術(shù)發(fā)展,1，改善性能：通過制造工藝的進(jìn)步，使各種參數(shù)得到不斷的優(yōu)化，如在快恢復(fù)二極管的正向壓降、恢復(fù)時間和阻斷電壓之間，或肖特基二極管的結(jié)溫、壓降和反向耐壓之間向理想值靠近。,二極管的技術(shù)發(fā)展,2，特殊功能產(chǎn)品：器件廠商能夠針對某種特定用途制造出專門適合該種用途的器件，使電路的性能達(dá)到最佳。 如：IR的TRENCH結(jié)構(gòu)肖特基二極管，比普通肖特基二極管壓降降低40mV，反向漏電降低70，適用于OR-ING 電路。但結(jié)電容大，反向恢復(fù)電流大，并不適合做高頻整流用。,二極管的技術(shù)發(fā)展,3，使用新材料： 1）GALLIUM ARSENIDE SCHOTTKY：目前已經(jīng)比較成熟，供應(yīng)商中有很多型號。 優(yōu)點(diǎn)：阻斷電壓比硅材料肖特基高，正向壓降、反向恢復(fù)特性保持肖特基的優(yōu)點(diǎn)，正向電流達(dá)到一定值時，正向壓降變?yōu)檎郎囟认禂?shù) 2）SIC SCHOTTKY：未來器件發(fā)展的方向 優(yōu)點(diǎn)：反向耐壓高，可達(dá)到600V1200V，正向壓降、反向恢復(fù)特性保持肖特基的優(yōu)點(diǎn)，