電源設計技術資訊網站

電源設計支援工具   English   简体中文   日本語   한국어

2017.02.23 Si功率元件

所謂二極體-分類與特性

Si二極體

首先、在這裡要談的是用來作為矽功率元件的二極體種類,以及可說是矽半導體基本的二極體基礎中的基礎。

Si二極體的分類

在思考Si二極體的分類時,我認為依其主旨而有幾種分類的方法。在這裡主要以一般認為可以使用於電力轉換等的二極體為主旨來分類。

大致上分類為整流二極體﹙Recovery diode﹚、齊納二極體﹙Zener Diode﹚、高頻率二極體﹙high frequency﹚。其中以整流為主要目的的二極體又進一步分為一般通用整流用、以切換為前提的高速整流用、以及具超高速整流用途的高速整流型、最後是同樣有高速性和低VF特徴的蕭基特二極體,今後將逐一各別說明。

雖然這樣分類,不過原則上無論哪一個皆為正極﹙anode﹚和負極﹙cathode﹚所組成的元件,根本功能或特性所顯示之項目大致相同。或許有人會問「那麼,差別在哪裡?」,我想應該可以用「部分電氣特性業已配合用途最佳化」這句話來表達。

Si_1-1_catg

二極體的電氣特性

為慎重起見,先確認一下二極體的靜態特性和動態特性。各位倘若瀏覽下圖的話,應該無須我詳細説明,不過往後這將成為說明各二極體特徴時的關鍵。

二極體的靜態特性以順向的電壓VF和電流IF、逆向的電壓VR和電流IR為基本。

下圖橘色虛線領域為整流二極體所利用之領域。具體來說,就是順向抵達可用IF之範囲以及反向破壞電壓﹙breakdown voltage﹚以内之領域。

順便一提,綠色虛線所圍繞之領域雖然不在本章討論範圍內,不過卻是齊納二極體﹙Zener Diode﹚利用的領域。一般的二極體不使用此領域,而且沒有IR限制便進入此領域的話,有可能會導致破壞。

Si_1-1_chra-s

二極體的動態特性主要有反向恢復時間trr和靜電容量Ct。

trr就是從被施予順向電壓的順向電流IF流動狀態到電壓變為反向時流動的反向電流IR回到穩定狀態(大致為零)的時間。如下圖所示,當IF從流動的ON狀態變為OFF狀態時,IF立刻變為零是最理想的。不過,實際上會超越零使反向電流IR瞬間流動,再伴隨trr逐漸恢復為零。trr可以說是越短特性越佳。

靜電容量Ct是二極體所擁有的電容,與電容器有相同的效果。如下圖所示,當二極體ON-OFF時,Ct一大,俗稱的波形鈍化會變大,視情況而定,有時也會因時間常數的關係在到達施加電壓前進入OFF動作而發生問題。高速切換電路最好是Ct小的二極體。

最後整理了主要最大額定和電氣特性。

Si_1-1_chra-d
Si_1-1_specs

最大額定記載了連續及瞬間施加電壓和電流、以及溫度條件。
「瞬間」的定義可參照數據表的記述,無明確記述時則有必要向廠商確認。

新章的開始大多談論基礎中的基礎,在思考各二極體的特性或用途時無論如何都有必要理解這些。此外,在實際選擇二極體方面也必須斟酌這些參數。

重點:

・基礎中的基礎確認事項。

・列舉作為Si功率元件的二極體的種類・分類。

Power Supply Design Technical Materials Free Download

Power Supply Design Technical Materials Free Download