1. Diodo Schottky El diodo Schottky, también conocido como diodo de barrera Schottky (SBD, por sus siglas en inglés), es un dispositivo semiconductor de ultra alta velocidad y baja potencia. La característica más notable es que el tiempo de recuperación inversa es extremadamente corto (puede ser tan pequeño como unos pocos nanosegundos) y la caída de tensión directa es de solo 0,4 V. Se utiliza principalmente como diodos rectificadores de alta frecuencia, bajo voltaje y alta corriente, diodos de rueda libre y diodos de protección.También es útil como diodos rectificadores y diodos detectores de pequeña señal en circuitos de comunicación de microondas. Es más común en fuentes de alimentación de comunicación, convertidores de frecuencia, etc.
Descripción del parámetro del diodo Schottky:
(1) Caída de tensión directa VF Caída de tensión directa.
(2) Caída máxima de tensión directa de VFM.
(3) Tensión de ruptura de voltaje de ruptura inversa VBR.
(4) El voltaje de entrada RMS inverso que puede soportar VRMS.
(5) Voltaje inverso repetido pico VRRM Voltaje inverso repetitivo pico.
(6) Voltaje inverso máximo no repetitivo VRSM (media onda, monofásico, 60 Hz) Voltaje inverso máximo no repetitivo (media onda, monofásico, 60 Hz) (7) Voltaje inverso máximo de trabajo VRWM
.
(8) Voltaje de bloqueo de CC máximo de V CC.
(9) Trr Tiempo de recuperación inversa
(10) IF(AV) Corriente directa
(11) Corriente de sobretensión directa máxima de IFSM
(12) Corriente inversa de IR Corriente inversa
(13) Temperatura ambiente de TA o temperatura del aire libre Temperatura ambiente
(14) Temperatura de unión operativa de TJ
(15) Temperatura de almacenamiento de TSTG Rango de temperatura de almacenamiento
(16) Temperatura de caja de TC
Desventajas de Schottky
La mayor desventaja de los diodos Schottky es su bajo voltaje de polarización inversa y su gran corriente de fuga inversa. Por ejemplo, los diodos Schottky hechos de silicio y metal tienen un voltaje nominal de polarización inversa. El voltaje soportado máximo es de solo 50 V y la fuga inversa El valor actual tiene una característica de temperatura positiva, que tiende a aumentar rápidamente a medida que aumenta la temperatura.En el diseño práctico, es necesario prestar atención al peligro oculto de fuga térmica. Para evitar los problemas antes mencionados, el voltaje de polarización inversa de los diodos Schottky en uso real será mucho menor que su valor nominal. Sin embargo, la tecnología de diodos Schottky también ha mejorado y su tensión nominal de polarización inversa puede alcanzar un máximo de 200 V. Es decir, Schottky puede llegar hasta los 200V.
2. Los parámetros principales de los diodos semiconductores
(1).La corriente de fuga de saturación inversa IR
se refiere a la corriente que fluye a través del diodo cuando se aplica voltaje inverso a ambos extremos del diodo.La corriente está relacionada con el material semiconductor y la temperatura. A temperatura ambiente, el IR del tubo de silicio está al nivel de nanoamperios (10-9A) y el IR del tubo de germanio está al nivel de microamperios (10-6A).
(2) Corriente nominal de rectificación IF La
corriente nominal de rectificación se refiere al valor de corriente promedio convertido de acuerdo con el aumento de temperatura permitido cuando el diodo está en operación a largo plazo.Actualmente, el valor IF de los diodos rectificadores de alta potencia puede alcanzar 1000A. La corriente directa del diodo se divide en realidad en la corriente de rectificación nominal IF, la corriente pico repetible IFRM y la corriente pico no repetible IFSM.IFSM es la corriente de sobretensión máxima que el diodo puede soportar.
(3). Máxima corriente rectificada promedio IO
En el circuito rectificador de media onda, el valor máximo de la corriente rectificada promedio que fluye a través de la resistencia de carga se refiere a la corriente CC rectificada, que es un valor muy importante en el diseño. Por lo general, es más pequeño que IF en la especificación.
(4).La corriente de sobretensión máxima
es la corriente directa excesiva que se permite fluir.No es una corriente normal, sino una corriente instantánea.Este valor es bastante grande. (5).Incluso si el
voltaje máximo inverso VRM no tiene corriente inversa, siempre que el voltaje inverso aumente continuamente, el diodo se dañará tarde o temprano.El voltaje inverso que se puede agregar no es un voltaje instantáneo, sino Repetido
Tensión directa e inversa. Dado que el rectificador se alimenta con voltaje de CA, su valor máximo es un factor importante especificado. El voltaje pico inverso máximo VRM se refiere al voltaje inverso máximo que se puede agregar para evitar averías. En la actualidad, el valor más alto de VRM puede alcanzar varios miles de voltios.
(6). Voltaje de CC inverso máximo VR
El voltaje de pico inverso máximo mencionado anteriormente es el voltaje de pico que se agrega repetidamente. VR es el valor cuando el voltaje de CC se aplica continuamente. Se utiliza en circuitos de CC. El voltaje de CC inverso máximo es para determinar el valor permisible y El valor límite es muy importante
(7) La frecuencia máxima de operación fM
Debido a la capacitancia de unión de la unión PN, cuando la frecuencia de operación excede un cierto valor, su conductividad unidireccional se deteriorará. El valor fM del diodo de contacto puntual es mayor, por encima de 100 MHz; el valor fM del diodo rectificador es menor, generalmente no superior a unos pocos kilohercios. La capacitancia de unión excesiva en líneas de alta frecuencia da como resultado una reactancia capacitiva muy baja, que puede pasar por alto el diodo.
El tamaño de la capacitancia de la unión y el tiempo de recuperación inversa afectan conjuntamente la frecuencia operativa máxima del diodo.
(8) Tiempo de recuperación inversa Trr (¿cuál es la relación entre Trr y fM?)
Cuando el voltaje de trabajo cambia de voltaje directo a voltaje inverso, la situación ideal de la operación del diodo es que la corriente se puede cortar instantáneamente. De hecho, generalmente toma un poco de tiempo para retrasarse, y este tiempo se puede medir por el tiempo de recuperación inversa Trr, es decir, cuando el diodo se invierte repentinamente de la conducción, la corriente inversa decae de una gran cantidad a cerca de IR (inversa corriente de fuga de saturación) tiempo requerido. Aunque afecta directamente a la velocidad de conmutación del diodo, no significa necesariamente que este valor sea pequeño. Si el Trr del tubo de conmutación de alta potencia funciona en el estado de conmutación de alta frecuencia, la velocidad de conmutación se verá afectada y el tubo puede sobrecalentarse y quemarse.
El factor clave que afecta el tiempo de recuperación inversa es el número de operadores minoritarios cuando se realiza la unión PN. Cuando el número de operadores minoritarios es menor, el tiempo de recuperación inversa es más corto.
(9) La potencia máxima P
La potencia máxima P es el voltaje aplicado a ambos extremos del diodo multiplicado por la corriente que fluye. Cuando el producto del voltaje aplicado a través del diodo y la corriente que fluye a través de él es mayor que P, el tubo se quemará debido al sobrecalentamiento. Este parámetro límite es particularmente importante para los diodos Zener y los diodos de resistencia variable.
3. Selección de diodos
1. Selección según parámetros principales
(1) Corriente nominal de operación directa
La corriente nominal de operación directa se refiere al valor máximo de corriente directa que se permite pasar a través del diodo cuando funciona de forma continua durante mucho tiempo.
(2) Corriente transitoria máxima
La corriente transitoria máxima es la corriente directa excesiva que se permite fluir. No es una corriente normal, sino una corriente instantánea. Su valor suele ser unas 20 veces la corriente nominal de funcionamiento directo.
(3) Voltaje de trabajo inverso máximo
Cuando el voltaje de trabajo inverso aplicado a ambos extremos del diodo alcanza un cierto valor, el tubo se romperá y perderá su conductividad unidireccional. Para garantizar la seguridad de uso, se estipula el valor eléctrico máximo de funcionamiento inverso. Por ejemplo, el voltaje soportado inverso del diodo lN4001 es de 50 V y el voltaje soportado inverso del lN4007 es 1000 V.
(4) Corriente inversa
La corriente inversa se refiere a la corriente inversa que fluye a través del diodo bajo la acción de la temperatura especificada y el voltaje inverso más alto. Cuanto menor sea la corriente inversa, mejor será la conductividad unidireccional del tubo.
La corriente inversa está estrechamente relacionada con la temperatura, aproximadamente cada 10°C de aumento de temperatura, la corriente inversa se duplica.
Los diodos de silicio tienen mejor estabilidad a altas temperaturas que los diodos de germanio.
(5) Tiempo de recuperación inversa
Cuando se cambia de voltaje directo a voltaje inverso, la corriente no se puede cortar instantáneamente y debe retrasarse por un tiempo. Este tiempo es el tiempo de recuperación inversa. Afecta directamente la velocidad de conmutación del diodo.
(6) Potencia máxima
La potencia máxima es el voltaje aplicado a través del diodo multiplicado por la corriente que fluye. Este parámetro límite es especial para diodos Zener y similares.
(7) Características de frecuencia
Debido a la existencia de capacitancia de unión, cuando la frecuencia es alta hasta cierto punto, la reactancia capacitiva es tan pequeña que la unión PN se cortocircuita. Como resultado, el diodo pierde su conductividad unidireccional y no puede funcionar. Cuanto mayor sea el área de la unión PN, mayor será la capacitancia de la unión y menos capaz será de trabajar a altas frecuencias.
4. Selección de diferentes diodos
(1) Diodo de detección
El diodo de detección generalmente puede ser un diodo de germanio de contacto puntual. Al seleccionar, el diodo de detección con alta frecuencia de operación, corriente inversa pequeña y corriente directa suficientemente grande debe seleccionarse de acuerdo con los requisitos específicos del circuito.
(2) Diodos rectificadores
Los diodos rectificadores son generalmente diodos planos de silicio, que se utilizan en varios circuitos de rectificación de potencia. Al seleccionar un diodo rectificador, se deben considerar parámetros como su corriente de rectificación máxima, la corriente de operación inversa máxima, la frecuencia de corte y el tiempo de recuperación inversa. Los diodos rectificadores utilizados en los circuitos ordinarios de suministro de energía regulados en serie no tienen requisitos elevados para el tiempo de recuperación inversa de la frecuencia de corte, siempre que los diodos rectificadores con la corriente de rectificación máxima y la corriente operativa inversa máxima cumplan con los requisitos se seleccionan de acuerdo con a los requisitos del circuito.
(3) Diodos Zener
Los diodos Zener se utilizan generalmente en fuentes de alimentación reguladas como fuentes de tensión de referencia o en circuitos de protección contra sobretensiones como diodos de protección. El diodo Zener seleccionado debe cumplir con los requisitos de los parámetros principales en el circuito de aplicación. El valor de voltaje estable del diodo Zener debe ser el mismo que el valor de voltaje de referencia del circuito de aplicación, y la corriente estable máxima del diodo Zener debe ser aproximadamente un 50 % mayor que la corriente de carga máxima del circuito de aplicación.
(4) Diodos de conmutación Los
diodos de conmutación se utilizan principalmente en electrodomésticos como grabadoras, televisores y reproductores de DVD, y equipos electrónicos como circuitos de conmutación, circuitos de detección y circuitos de rectificación de pulsos de alta frecuencia.
Para el circuito de conmutación de velocidad media y el circuito de detección, se pueden seleccionar diodos de conmutación ordinarios de la serie 2AK. El circuito de conmutación de alta velocidad puede elegir diodos de conmutación de alta velocidad de la serie RLS, serie 1SS, serie 1N, serie 2CK.
El modelo específico del diodo de conmutación debe seleccionarse de acuerdo con los parámetros principales del circuito de aplicación (como corriente directa, voltaje inverso máximo, tiempo de recuperación inverso, etc.).
(5) Al seleccionar un diodo varactor, debe centrarse en si su frecuencia de funcionamiento, voltaje de funcionamiento inverso máximo, corriente directa máxima y capacitancia de unión de polarización cero y otros parámetros cumplen con los requisitos del circuito de aplicación .
5. Selección del diodo TVS
(1) Tensión mínima de ruptura VBR y corriente de ruptura IR. VBR es el voltaje de ruptura mínimo de TVS A 25°C, TVS no producirá avalancha por debajo de este voltaje. Cuando el TVS fluye a través de la corriente de 1 mA (IR) especificada, el voltaje aplicado a los dos polos del TVS es su voltaje de ruptura mínimo VBR. Según el grado de dispersión entre VBR de TVS y el valor estándar, VBR se puede dividir en dos tipos: 5% y 10%. Para VBR al 5 %, VWM = 0,85 VBR; para VBR al 10 %, VWM = 0,81 VBR. Para cumplir con el estándar internacional IEC61000-4-2, los diodos TVS deben poder manejar impactos ESD de un mínimo de 8 kV (contacto) y 15 kV (aire).Algunos fabricantes de semiconductores utilizan estándares de resistencia al impacto más altos para sus productos. Para algunas aplicaciones de dispositivos portátiles con requisitos especiales, los diseñadores pueden seleccionar componentes según sus necesidades.
(2) Corriente de fuga inversa máxima ID y tensión de corte inversa nominal VWM. VWM es el voltaje que el diodo puede soportar en estado normal, este voltaje debe ser mayor o igual al voltaje de trabajo normal del circuito protegido, de lo contrario, el diodo cortará el voltaje del circuito continuamente; pero debe estar lo más cerca posible posible al voltaje de funcionamiento normal del circuito protegido, por lo que no hará que todo el circuito enfrente la amenaza de sobrevoltaje antes de que funcione el TVS. Cuando se aplica el voltaje de corte inverso nominal VWM entre los dos polos del TVS, se encuentra en un estado de corte inverso y la corriente que fluye a través de él debe ser menor o igual que su ID de corriente de fuga inversa máxima.
(3) Máxima tensión de fijación VC y máxima corriente de pulso pico I PP . Cuando la corriente de pico de pulso IPP con una duración de 20ms fluye a través de TVS, el voltaje de pico máximo que aparece en sus dos extremos es VC. VC e IPP reflejan la capacidad de supresión de sobretensiones de TVS. La relación de VC a VBR se denomina factor de sujeción, generalmente entre 1,2 y 1,4. VC es el voltaje proporcionado por el diodo en el estado de corte, es decir, el voltaje que pasa a través de TVS en el estado de impacto ESD. No puede ser mayor que el límite de voltaje soportado del circuito protegido, de lo contrario los componentes corren peligro de siendo dañado
(4) Potencia de pulso nominal en ppm, que se basa en el voltaje de corte máximo y la corriente de pulso pico en este momento. Para dispositivos portátiles, en general, un TVS de 500W es suficiente. El consumo de energía de pulso pico máximo PM es el valor pico máximo de consumo de energía de pulso que puede soportar el TVS. Bajo un voltaje de sujeción máximo específico, cuanto mayor sea el consumo de energía PM, mayor será su capacidad para soportar la sobrecorriente. Bajo un consumo de energía específico PM, cuanto menor sea el voltaje de sujeción VC, mayor será su capacidad para soportar la sobrecorriente. Además, el consumo máximo de energía del pulso también está relacionado con la forma, la duración y la temperatura ambiente del pulso. Además, el pulso transitorio que TVS puede soportar no es repetitivo y la frecuencia de repetición del pulso (la relación entre la duración y el tiempo intermitente) especificada por el componente es del 0,01 %. Si aparecen pulsos repetitivos en el circuito, se debe considerar la acumulación de potencia de pulso, que puede dañar el TVS.
(5) Capacitancia C. La capacitancia C está determinada por la sección transversal de la unión de avalancha TVS, que se mide a una frecuencia específica de 1 MHz. El tamaño de C es proporcional a la capacidad de carga actual del tubo TVS, si C es demasiado grande, la señal se atenuará. Por lo tanto, C es un parámetro importante para seleccionar TVS para el circuito de interfaz de datos. Condensadores Para bucles con frecuencias de datos/señales más altas, los condensadores de los diodos interferirán más con el circuito, provocando ruido o atenuando la intensidad de la señal, por lo que es necesario determinar el rango de condensadores del componente seleccionado de acuerdo con las características del bucle. En general, los condensadores deben seleccionarse lo más pequeños posible para circuitos de alta frecuencia (como SAC (500 W, 50 pF, ±10 %), LCE (1,5 KW, 100 pF), TVS de bajo condensador) y condensadores para circuitos que no requieren condensadores altos se pueden seleccionar superiores a 40pF.