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(lèi) 三、二極管的主要參數(shù) 四、二極管的應(yīng)用 五、二極管常見(jiàn)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(guò)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(shí)，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(shí)，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(shì)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(chǔ)存問(wèn)題，使開(kāi)關(guān)特性獲得顯著改善。同時(shí)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(kāi)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(huì)發(fā)生二次擊穿，消耗功率控制在允許功耗內(nèi)時(shí)，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(dòng)等電路中。,二極管的種類(lèi),二極管的一般分類(lèi)：,二極管的種類(lèi),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(lèi),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(shí)間長(zhǎng)，適合低頻整流。如1N4007，整流橋等。 開(kāi)關(guān)（信號(hào)）二極管：開(kāi)關(guān)速度快，結(jié)電容小，適合信號(hào)處理。如BAV70。 快恢復(fù)二極管：恢復(fù)時(shí)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(shí)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(wú)存儲(chǔ)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(duì)持續(xù)時(shí)間的積分值 VF：在額定電流下的電壓降 VT0 ：正向開(kāi)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(chǔ)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(dòng)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(shí)，PN結(jié)中存儲(chǔ)大量的電荷。當(dāng)電路使二極管換向時(shí)，導(dǎo)通時(shí)存儲(chǔ)的電荷必須全部被抽出，或被中和。電荷被

6、抽出的過(guò)程就是形成了反向恢復(fù)電流。 trr:恢復(fù)時(shí)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(kāi)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(huì)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(shí)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(chēng)測(cè)試測(cè)試電流 VZ：在測(cè)試電流（ IZT ）條件下的穩(wěn)壓電壓 ZZT：在測(cè)試電流（ IZT ）條件下的動(dòng)態(tài)阻抗 VR：標(biāo)稱(chēng)反向阻斷電壓 IR：在標(biāo)稱(chēng)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(guò)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(shí)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(shí)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(shí)間的關(guān)

8、系,二極管的應(yīng)用,di/dt與開(kāi)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(hào)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(kāi)關(guān)特性對(duì)電路的影響,正向恢復(fù)特性對(duì)電路的影響：二極管開(kāi)通期間，二

9、極管兩端產(chǎn)生較高壓降，增加二極管自身?yè)p耗。二極管開(kāi)通期間的恢復(fù)電壓疊加在開(kāi)關(guān)管上，增加開(kāi)關(guān)管的損耗。 反向恢復(fù)特性對(duì)電路的影響：二極管在恢復(fù)時(shí)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(kāi)關(guān)管（IGBT、MOSFET）功耗，增加二極管本身功耗。 恢復(fù)期間的瞬時(shí)電流尖峰產(chǎn)生電磁干擾（EMI）。,二極管的應(yīng)用,在恢復(fù)時(shí)間tb段，二極管兩端產(chǎn)生過(guò)電壓，導(dǎo)致開(kāi)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,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(shí)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(shí)要對(duì)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(shí)，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(jì)算,二極管損耗包括四個(gè)部分： 開(kāi)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(kāi)通損

11、耗：發(fā)生在二極管 由反向阻斷到正向開(kāi)通的 轉(zhuǎn)換中。 開(kāi)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(shí)，穩(wěn)壓值有一定誤差，即實(shí)際穩(wěn)壓值為VZt% ，t%為手冊(cè)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(jì)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(gè)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(shí)要注意均流，均熱，及加大降額 均流選擇同型號(hào)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(gè)散熱器 兩個(gè)二極管盡量靠近 外部發(fā)熱源對(duì)兩個(gè)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(shí)，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(shí)注意防止dv/dt過(guò)高 6）使用肖特基二極管時(shí)，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(duì)穩(wěn)壓管兩端的電壓有要求時(shí)，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(shí)要注意功率分配和最佳工作電流,二極管常見(jiàn)的失效原因,二極管常見(jiàn)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(guò)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(shí)造成器件芯片損傷 3，安裝器件時(shí)埋藏

15、應(yīng)力 4，實(shí)際應(yīng)用時(shí)電壓應(yīng)力超標(biāo) 5，測(cè)試時(shí)（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(jiàn)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(jiàn)的失效原因,2，過(guò)熱損壞,二極管長(zhǎng)時(shí)間工作在較大功耗條件下，結(jié)溫過(guò)高，器件特性退化直至芯片燒毀，芯片上有大面積過(guò)熱燒傷痕跡，甚至器件封裝遭到破壞。 形成過(guò)熱失效的原因：1，器件來(lái)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(jiàn)的失效原因,器件過(guò)熱導(dǎo)致的失效,二極管常見(jiàn)的失效原因,3，電流浪涌,二極管在瞬時(shí)大電流的沖擊

16、下，造成芯片局部崩裂或熔融，嚴(yán)重時(shí)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(guò)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(shí)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(duì)某種特定用途制造出專(zhuān)門(mén)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(hào)。 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(shí)，正向壓降變?yōu)檎郎囟认禂?shù) 2）SIC SCHOTTKY：未來(lái)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)，