SBD肖特基二極管-開關電源的關鍵元件知識介紹

肖特基勢壘二極管簡稱肖特基二極管或肖特基管。英文全稱（Schottky Barrier Diode，簡寫SBD），屬于大電流、低功耗、低壓、超高速半導體功率器件。它的正向導通壓降僅為0.4V左右，反向恢復時間極短，可小至幾納秒；其整流電流可高達幾百至幾千安培。這些優良性能是快恢復及超快恢復二極管所不具備的。

肖特基二極管的工作原理

肖特基二極管是用鉬、金、銀等貴金屬為陽極，用N型半導體材料為陰極，利用二者接觸面上形成的勢壘具有整流特性，從而制成的一種金屬/半導體器件。

肖特基二極管屬于五層器件，中間層以N型半導體為基片，上面用砷作摻雜劑的N-外延層，最上面用金屬材料鉬構成的陽極。

N型基片具備很小的導通電阻，在基片下面依次是N+陰極層、金屬陰極。

如下圖所示：典型的肖特基二極管的內部結構

典型的肖特基二極管的內部結構

近年，采用硅平面工藝制造的鋁硅肖特基二極管，不僅改善了器件參數的一致性、還能節省貴金屬，減少環境污染。

通過調整結構和參數，能在基片與陽極金屬之間形成合適的肖特基墊壘。

當加上正偏壓E時，勢壘寬度W0變窄；加負偏壓-E時，勢壘寬度W0變寬，如下圖所示：

外加偏壓時勢壘寬度的變化情況

肖特基二極管僅僅只用一種載流子(電子)輸送電荷，然而在勢壘的外側無過剩的少數載流子積累，所以它不存在電荷儲存效應，這個特性使得開關特性得到明顯改善，反向恢復時間能縮短到10ns以內。但是存在一個缺陷，反向耐壓較低，一般不超過100V，使得它僅適宜在低電壓、大電流下工作。它的低正向壓降特性，能提高大電流整流(或續流)電路的效率。

肖特基二極管的典型伏安特性如下圖所示：

肖特基二極管的典型伏安特性

如圖所示，正向導通電壓介于鍺管與硅管之間，但它的構造原理與PN結二極管有本質區別。

下表列出了， 肖特基二極管、超快恢復二極管、快恢復二極管、高頻硅整流管的性能比較：

通過測量二極管正向壓降，能容易區分是肖特基二極管還是超快恢復二極管。

通常利用數字萬用表的二極管檔測量二極管的UF值，當UF≈0.3V時是肖特基二極管，UF≈0.55～0.6V時是超快恢復二極管。測量值偏小的原因，是因為二極管檔的測試電流較小(一般為1mA)。

肖特基二極管的選取原則

開關電源的輸出整流管適宜采用肖特基二極管，因為它的低壓降大電流特性，有利于提高電源效率。

肖特基二極管的反向峰值電壓，應選取大于等于最大反向峰值電壓的2倍。

最大反向峰值電壓=輸出電壓+（次級匝數/初級匝數*直流輸入電壓最大值）

肖特基二極管的平均整流電流，應選取大于等于最大連續輸出電流的3倍。

舉個例子：

某開關電源的輸出電壓Uo=12V，最大連續輸出電流Iom=5A，最大輸出功率Pom=60W。

已知：高頻變壓器，初級匝數Np=54匝，次級匝數Ns=5匝，直流輸入電壓最大值UImax=375V(對應的交流輸入最大電壓為265V)。

可算出，最大反向峰值電壓=12+（5/54*375）=46.7V

得出：

肖特基二極管的反向峰值電壓=2*46.7=93.4V

肖特基二極管的平均整流電流=3*5=15A

結論：

選擇壹芯微生產的MBR20100型肖特基二極管可以滿足要求，它的反向峰值電壓=100V，平均整流電流=20A，反向恢復時間10ns。

【需要特別指出】

肖特基二極管的最高反向工作電壓一般不超過100V，只適合作低壓、大電流整流用。當Uo≥30V時，須用耐壓100V以上的超快恢復二極管來代替肖特基二極管，不過電源效率會略有下降。

肖特基二極管的常用型號與參數

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