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二极管介绍


3A
10A
0.217 0.308 0.414 0.654 0.821
210Ω
30Ω
4.1Ω 0.22Ω 82.1mΩ
VR IR R (MΩ)
VR IR R (MΩ)
31DF2 反向特性 25℃
1V
10V
50V 100V
1nA
1nA
1nA
2nA
1,000 10,000 5,000 5,000
31DF2 反向特性 150℃
性回归补偿后获得的数值。温度系数为
10µA下
-2.22mV/ˆ
100µA下 -2.03mV/ˆ
因此,额定电流的1/10,000约为-2mV/ˆ。如此
流动单一的微量电流,可以获知功率半导体的
芯片温度。
Maxim、National semiconductor等的温度监控器
集成电路采用流动两个电流的方法。
5
功率半导体封装和标称电流
6
封装内部是什么样子?
6
芯片的尺寸和标称电流
7
请注意大型芯片SBD的反向电力损耗的增加
7
电流通路和接合线的电阻
8
反向耐压—应该选择耐压多少伏的器件?
9
二极管反向耐压随温度降低而下降
整流电路和二极管反向耐压
9
二极管反向耐压
10
热阻和容许电流
12
过渡热阻
12
功率半导体的损坏方法
以超过规定的反向耐压。
下 图 是 MOSFET 的 截 面 图。PN 连 接 使 得 MOSFET的漏极-源极间有耐压。不施加门极偏 压时,MOSFET的漏极相当于二极管的阳极,源 极相当于二极管的阴极。(N通道MOSFET的情 况下)另外,PN连接还承担双极晶体管和IGBT 的电压阻止(关闭)任务。也就是说,理解二极 管的逆特性有助于理解这些功率半导体的关闭
IF VF 抵抗
IF VF 抵抗
31DF2 (FRD) 正向特性 25℃
1mA 10mA 0.1A
3A
10A
0.466V 0.535V 0.630V 0.842V 0.985V
466Ω 53.5Ω 6.3Ω 0.28Ω 98.5mΩ
31DF2 (FRD) 正向特性 150℃
1mA 10mA 0.1A
同,但组件设计和组装技术是共通的。
本文以二极管为主进行说明,但说明内容对功
率半导体整体都有效。
一般整流二极管和高速二极管
通常所述的二极管主要是指用于50Hz和60Hz电 源整流用的一般整流二极管。但是,目前使用较 多的是FRD(高速恢复二极管)和SBD(肖特基 势垒二极管,有时简称为肖特基)等高速二极 管。例如台式个人电脑的ATX电源中仅使用了 一个一般整流二极管(AC-DC转换用的桥路二 极管),另外使用了十四个FRD和两个SBD。这 是 由 于 只 有 AC-DC 转 换 电 路 的 工 作 频 率 为 50/60Hz,其它的电路的工作频率都在数10kHz
目录
二极管是功率半导体的基础
1
二极管的构造、标记、基本特性

一般整流二极管和高速二极管
2
确认二极管的基本特性的实验—试着测量正向特性和反向特性
2
( 正 向电力损耗 )加上( 反 向电力损耗 ) — 使 用PN二极管时我们可以 3 忽略反向电力损耗 ,然而・・・
小栏目 作为温度传感器使用的二极管
一般整流用 AC-DC转换 AC100/ 200V
50/60Hz
高速用 DC12V
DC-DC转换
DC5V DC-DC转换
DC3.3V DC-DC转换
数10kHz以上
ATX电源的主要构成
以上的缘故。并且,使用电池驱动的设备的低电
压电源周围也多使用SBD。
如果与晶体管作比较,一般整流二极管和FRD (PN二极管)对应于双极晶体管,SBD对应于 MOSFET。SBD的特性跟PN二极管稍有不同,为 了能够熟练使用SBD,应该理解SBD的特性。在 以下学习有关二极管,还有功率半导体的特性 时,请时刻留意这一点。有关高速恢复二极管的 内容,我们将在后面另行讨论。
1V 5.4µA 0.186
10V 6.6µA 1.51
50V 8.2µA 6.04
100V 9.7µA 10.2
200V 3nA 6,700
200V 14.4µA
13.9
ᶃ在实用电流区域中,正方向电阻在电流较小时 为数Њ,电流较大时小于1Њ。 ②即使温度上升,如果电压在使用范围内,反方 向电阻会达到数MΩ的高电阻。 ᶅ在正向电流和反向电压都极端小的条件下,ᶃ 和ᶄ可能不属实。 ᶆ当温度从25ˆ上升到150 ˆ时,3A时的VF变成 0.78倍,200V时的IR变成4,800倍。
施加5V的电压时有1mA的电流流动
管那样忽略反向电流。 ᶅ当温度从25ˆ上升到150 ˆ时,3A时的VF变成 0.85倍,40V时的IR变成760倍。çç SBD的特点是正向电压较低。相反,SBD具有反向 电流较大的弱点。为了能够充分利用SBD,设计电 路时的要点在于尽量避开该弱点。
( 正 向电力损耗 )加上( 反向电力损耗 )— 使 用PN二极管时我们可以忽略反向电力损耗 , 然而ɾɾɾ 正向电流流动时发生的损耗是正向电力损耗,施 加反向电压时发生的损耗是反向电力损耗。两者 的损耗之和越小,温度上升就会越小。 让我们试着从测量结果计算31DF2和31DQ04的
14
二极管的浪涌电流额定值
14
I2t和I2√t
14
用Spice仿真求得I²√t
15
二极管的开关时间―反向恢复时间
17
SBD和FRD的区别
17
为什么需要高速二极管
18
小栏目 整流杂波
20
SBD和FRD的种类
22
SBD的热失控
23
总结
24
থମ؅技术 2004年8月刊 第1章原稿
功率二极管的基本特性和选定
型。
阳极
阴极
1A
小信信号号・,高高周频波ダ二イ极オ管ード
Hz
kHz
MHz
GHz
周频波率数
大多数情况下,二极管与MOSFET、૒极থମ؅、
还有IGBT一起使用。在此,将此类器件总称为থ
ମ؅。
P层 N型硅
平面型
阳极
阴极
有电流流动
二极管的标记和特性
如果将电流流动的方向作为二极管的正方向,当 反方向,即对阴极施加正电压时,如果电压达不 到某一数值,将几乎不会有电流流动。该电压限 度被称之为反向耐压。例如,对于200V的二极 管,如果施加大于200V的反向电压,该二极管就
31DQ04 (SBD) 正向特性 25℃
IF VF 电阻
1mA 0.182V 182Ω
10mA 0.242V 24.2Ω
0.1A 0.305V
3Ω
3A 0.448V 0.149Ω
10A 0.659V 66mΩ
31DQ04 (SBD) 正向特性 125℃
IF VF 电阻
1mA 10mA 0.1A
3A
VR IR R (kΩ)
1V 2mA 0.5
5V 2.7mA
1.8
10V 3.3mA
2.9
20V 4.6mA
4.3
40V 9.1mA
4.3
正方向电阻值的示例
FRD(PN二极管) 数Њ乃至1Њ以下
SBD
其1/2
反方向电阻值的示例
FRDʢPN二极管ʣ SBD
5,000MΩ(常温) 10MΩ(常温)
5MΩ(常温) 5kΩ(高温)
二极管是功率半导体的基础 功率(电力用)半导体所容许的电流通常为1A以 上。功率二极管是最简单的功率半导体之一,在 此将其简称为二极管。其最大工作频率以kHz等
级为对象,主要用于整流用途。
電 电流 流
パワ功ー率ダ二イ极オ管ード
二极管的构造、标记、基本特性 目前,二极管的原材料大多使用硅。二极管的构 造分为两种,一种是在N型硅中形成P层的PN连 接型,另一种是在N型硅上堆积金属(势垒金属) 的肖特基型。PN连接型中又包括台面型和平面

确认二极管的基本特性的实验—试着测量
正向特性和反向特性
让我们来确认二极管「正方向有电流流动,反 方向没有电流流动」的基本特性。对31DF2(3A 200V)తFRD࿨31DQ04(3A 40VʣతSBDతਖ਼ ൓ಛੑ进ߦ测ྔɻ 首先在25℃和150℃的条件下,测量31DF2上流
动IF正向电流时的正向电压VF。
日本英达株式会社
4
小栏目 作为温度传感器使用的二极管
二极管的正向电压相对于温度呈线性变化。利 用该特性,可以把二极管和双极晶体管的B-E 部 分 作 为 温 度 传 感 器 使 用。1A 200V 二 极 管 10EDB20的正向电压的特性如下。




(A)
利用小电流领
域的温度特性
该表中的数值是对实际测量的正向电压进行线
特性。
源极 PN连接 门极
漏极
MOSFET芯片截面图
功率半导体以电流和电压的形式表示,例如10A 200V。电流容量A的指标不仅限于二极管,而是 功率半导体整体共通的指标。例如TO-220等3端 子以上的标准组件品,如果没有标记,将无法从 外 观 上 区 分 是 二 极 管、MOSFET 还 是 其 它 器 件。对半导体制造商而言,即使所组装的芯片不
日本英达株式会社
3
损耗。假设3A的正向电流以50%的负载流动,剩 余 期 间 内 对 31DF2 施 加 100V 的 反 向 电 压,对 31DQ04施加20V的反向电压。
正向电流


反向电压
3A
100V (31DF2) 20V (31DQ04)
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