功率二极管培训

1、功率二极管培训第1页，共47页，2022年，5月20日，14点36分，星期一内容提纲一、功率二极管的定义二、我公司使用二极管情况三、几种二极管的主要区别四、功率二极管的主要参数五、快恢复二极管主要参数六、肖特基二极管的主要参数七、二极管各参数之间的关系八、二极管参数对电路的影响九、功率二极管参数的测量十、二极管参数降额十一、功率二极管损耗计算十二、常见失效原因十三、应用注意事项十四、二极管发展方向第2页，共47页，2022年，5月20日，14点36分，星期一定义：额定电流1安培，用于整流工作的二极管。 功率二极管在使用时需计算功耗、结温灯参数，需考虑电流、电压、结温的降额。一，功率二极管定义第

2、3页，共47页，2022年，5月20日，14点36分，星期一我公司使用二极管种类： 整流二极管 开关二极管 肖特基二极管 快恢复二极管 快速软恢复二极管二、我公司使用二极管情况第4页，共47页，2022年，5月20日，14点36分，星期一信号二极管：开关二极管： 电流200mA 电压200V 肖特基二极管： 电流200mA 电压40V功率二极管：普通整流二极管：430A/1600V 快恢复二极管：2*120A/1400V 肖特基二极管：60A/100V第5页，共47页，2022年，5月20日，14点36分，星期一封装：表面贴装 SOT23 SMA、SMB、SMC DPAK、D2PAK、D3PA

3、K 插装 DO-35、DO-41 TO-220、TO-247 螺栓封装 SOT-227 第6页，共47页，2022年，5月20日，14点36分，星期一三、几种二极管的主要区别1，整流二极管：正向压降低，恢复时间长，适合低频整流。如1N4007，整流桥。2，信号二极管：速度快，结电容小，适合信号处理。如1N4148、BAV703，快恢复二极管：恢复时间短，恢复电流小，关断速度快。4，快速软恢复二极管：恢复时间短，恢复电流小，恢复特性软。5，肖特基二极管：正向压降小，无存储电荷。适合低压高频整流。第7页，共47页，2022年，5月20日，14点36分，星期一1，反向阻断参数：反向阻断是二极管单向导

4、电的基本特性之一。 VR/VRRM/VRSM:反向阻断电压 IR:反向阻断漏电流 EAS/EAR:雪崩能量四、功率二极管的主要参数第8页，共47页，2022年，5月20日，14点36分，星期一2，正向导通参数：正向导通是二极管单向导电的另一个特性。 IFAV：二极管额定正向工作电流 IFSM：浪涌电流 I2t：正向浪涌电流对持续时间的积分值 VF：在额定电流下的电压降 VT0 ：正向开通电压 rT ：正向导通电阻第9页，共47页，2022年，5月20日，14点36分，星期一3，温度参数： TC/TA：二极管的壳温或环境温度。 TJ/TJM：二极管PN结的温度， TSTG：存储温度。 Rthjc

5、/Rthja/Rthch:热阻4，耗散功率： Pd/Ptot：在规定条件散热条件下的最大总功耗 第10页，共47页，2022年，5月20日，14点36分，星期一瞬态热阻：第11页，共47页，2022年，5月20日，14点36分，星期一1，关断特性：PN结构成的二极管在正向导通时，PN结中存储大量的电荷。当电路使二极管换向时，导通时存储的电荷必须全部被抽出，或被中和掉。电荷被抽出的过程就是形成了反向恢复电流。 trr:恢复时间 IRM:恢复电流 Qrr:恢复电荷 S:软度因子五，快恢复二极管的主要参数第12页，共47页，2022年，5月20日，14点36分，星期一2，开通特性： VFR:正向恢复

6、电压 Tfr:正向恢复时间第13页，共47页，2022年，5月20日，14点36分，星期一六、肖特基二极管的主要参数1，静态参数 IFAV:额定平均正向电流 VF：额定电流及给定温度条件下的正向压降 VRRM：额定重复反向阻断电压 IR：阻断电压条件下的反向漏电 TJM/TSTG：最高工作结温和存储温度 Rthjc：热阻第14页，共47页，2022年，5月20日，14点36分，星期一2，动态参数 dv/dt：反向承受的最大电压上升率 CJ：肖特基二极管的结电容第15页，共47页，2022年，5月20日，14点36分，星期一1，温度与反向阻断电压： 温度升高，阻断电压略有增加，漏电流增大，雪崩能

7、力下降。七，二极管各参数之间的关系第16页，共47页，2022年，5月20日，14点36分，星期一2，温度与二极管的正向电流的关系： 温度上升，通过电流能力下降。第17页，共47页，2022年，5月20日，14点36分，星期一3，正向压降与温度关系： 温度上升，正向压降降低。第18页，共47页，2022年，5月20日，14点36分，星期一4，温度与关断特性温度升高，反向恢复电流增大，恢复时间、恢复电荷变大。 第19页，共47页，2022年，5月20日，14点36分，星期一5，di/dt与关断特性第20页，共47页，2022年，5月20日，14点36分，星期一6，di/dt、正向电流与恢复时间第

8、21页，共47页，2022年，5月20日，14点36分，星期一7，di/dt与开通特性第22页，共47页，2022年，5月20日，14点36分，星期一8，肖特基结电容：SCHOTTKY结电容由芯片面积和厚度决定，并与工作电压有关：反压增大，结电容减小。第23页，共47页，2022年，5月20日，14点36分，星期一9，不同型号之间关系： 同一系列：反压级别高，压降大 恢复时间短，压降大 肖特基结温级别高，压降大；反向耐压级别高，结温级别高。 第24页，共47页，2022年，5月20日，14点36分，星期一八，二极管参数对电路的影响1，正向恢复特性对电路的影响： 二极管开通期间，二极管两端产生较

9、高压降，增加二极管自身损耗。 二极管开通期间的恢复电压叠加在开关管上，增加开关管的损耗。第25页，共47页，2022年，5月20日，14点36分，星期一2：二极管在恢复时间ta期间，完全丧失阻断能力，在tb期间逐渐恢复阻断能力，恢复期间增加开关管（IGBT、MOSFET）功耗，增加二极管本身功耗。第26页，共47页，2022年，5月20日，14点36分，星期一3，恢复期间的瞬时电流尖峰产生电磁干扰（EMI） 4，在恢复时间tb段，二极管两端产生过电压，导致开关管误导通或器件损坏。 恢复期间二极管两端产生额外电压尖峰： VRM=VR+L*dir/dt第27页，共47页，2022年，5月20日，1

10、4点36分，星期一九，功率二极管参数的测量1，电压：在各种条件下测量电压的最大值，使用高频示波器，在宽带下测试。2，电流：测量电流的平均值和峰值，对于浪涌电流还要测量浪涌宽度。3，壳温：使用点温计，选取正确的测试点，直接测试。4，雪崩能量：选取耐压等于额定值的二极管，测试击穿瞬间的电压和雪崩电流，通过电压和电流来计算雪崩能量。第28页，共47页，2022年，5月20日，14点36分，星期一各种封装器件温度测试点的选取第29页，共47页，2022年，5月20日，14点36分，星期一十，二极管参数降额1，电压降额二极管工作时反向承受的最大电压与额定耐压的百分比为电压降额值。 DVR=VR/VRRM

11、*100%应力参考点器件工作区域B级产品A级产品最大反向电压VRI工作区最坏情况95额定耐压VRRM90额定耐压VRRM最大反向电压VRII工作区最坏情况100额定耐压VRRM100额定耐压VRRM第30页，共47页，2022年，5月20日，14点36分，星期一2，电流降额 二极管在使用时要对正向电流在相应壳温允许的最大电流进一步降额。 DIF=IFAV/IFAVM*(TJM-TC)/(TJM-TCU)*100%当二极管并联使用时，正向电流在上述降额的基础上，再降额10-20应力参考点期间工作区域B级产品A级产品正向平均电流IFAVI、II工作区最坏情况90相应壳温下的最大平均电流IFAVM(

12、TCU)80相应壳温下的最大平均电流IFAVM(TCU)重复峰值电流IFRI、II工作区最坏情况70相应壳温下的最大峰值电流IFRM(TCU)60相应壳温下的最大峰值电流IFRM(TCU)浪涌电流IFSII工作区最坏情况70相应壳温下的最大浪涌电流IFSM(TCU)60相应壳温下的最大浪涌电流IFSM(TCU)第31页，共47页，2022年，5月20日，14点36分，星期一3，结温降额 二极管实际工作的结温必须低于最高结温，实际结温与最高结温的百分比为结温降额。 实际工作结温：TJ=TCU+PD*Rthjc 结温降额为：DTJ=TJ/TJM%100%应力参考点器件工作区域B级产品A级产品二极管

13、工作结温TJI工作区最坏情况85额定最高结温TJM85额定最高结温TJM二极管工作结温TJII工作区最坏情况90额定最高结温TJM90额定最高结温TJM第32页，共47页，2022年，5月20日，14点36分，星期一十一，功率二极管损耗计算功率二极管的开关损耗包括四个部分：开通损耗、导通损耗、关断损耗、阻断损耗 PD=PON+PF+POFF+PB第33页，共47页，2022年，5月20日，14点36分，星期一1，开通损耗：发生在二极管由反向阻断到正向开通的转换中。开通损耗与芯片温度、结构工艺及di/dt有关：EON=0.5VFRIFtfrPON = EON FT第34页，共47页，2022年，

14、5月20日，14点36分，星期一2，导通损耗：导通损耗发生在正向导通其间，损耗大小与芯片结温、电流大小及芯片技术有关。VF=rTIF+VT0PF=(VT0IF+rTIF2 )D第35页，共47页，2022年，5月20日，14点36分，星期一3，关断损耗：关断损耗发生在二极管由导通到反向截止的转换瞬间：EOFF=IRRVRTrb0.5POFF = EOFF FT第36页，共47页，2022年，5月20日，14点36分，星期一4，阻断损耗：阻断损耗是二极管在反向阻断期间由漏电流形成的损耗：PB=VRIRMD第37页，共47页，2022年，5月20日，14点36分，星期一十二，常见的失效原因1，电压

15、击穿：由反向电压超过额定值引起的失效，多表现为反向特性变坏；芯片上表现为点击穿或边缘击穿。第38页，共47页，2022年，5月20日，14点36分，星期一2，过热损坏：二极管长时间工作在较大功耗条件下，特性退化直至烧毁，芯片上有大面积灼伤，甚至器件封装遭到破坏。第39页，共47页，2022年，5月20日，14点36分，星期一十三，应用注意事项1，二极管的选用原则1) 选择现有的优选供应商的成熟产品。2) 选择通用参数产品，容易替代。3) 标准封装产品，通用性强。第40页，共47页，2022年，5月20日，14点36分，星期一2，使用要求1）避免串联使用 串联导致两个器件在关断瞬间后或阻断状态不

16、均压。2）并联使用时要注意均流，均热，及加大降额。 均流选择同型号或使用同一封装二极管并联 布线考虑回路参数一致 均热选择同一封装器件 使用同一个散热器 两个二极管尽量靠近 外部发热源对两个二极管影响一致 增加降额电流降额增加203）使用肖特基二极管时，注意正向损耗和反向漏电损耗的均衡。第41页，共47页，2022年，5月20日，14点36分，星期一3，注意事项1）工作频率高于1KHZ时，一定要选用快恢复二极管。2）主回路中，电流连续型电路中，使用软恢复二极管。3）肖特基二极管使用时注意防止dv/dt过高。第42页，共47页，2022年，5月20日，14点36分，星期一十四，二极管发展方向 1，改善性能：通过制造工艺的进步，使各种参数得到不断的优化，如快恢复二极管的正向压降、恢复时间和阻断电压之间的关系，肖特基二极管的结温、压降和反向耐压的关系。第43页，共47页，2022年，5月20日，14点36分，星期一 2，特殊功能产品：器件厂商能够针对某种用途制造出专门适合该种用途的器件，使电路的性能达到最佳。如：OR-ING 肖特基，TRENCH 工艺，压降降低40mV，漏电降低70。第44页，共47页，2022年，5月20日，14点36分，星期一3，使用新材料：1）GALLIUM ARSENIDE SCHOTTKY