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2017.04.27 Si功率元件
接着进入硅二极体的第2回合,要说明的是萧基特二极体(以下SBD)的特征及应用程式。
Si-SBD的特徴
上次已经说明下,Si-SBD并非PN接面,而是利用矽与所谓阻障金属层(阻挡金属)之金属接合(萧基特接面)形成萧基特障壁的二极体.Si-SBD的特性取决于阻障金属层(阻挡金属)的种类。而且,其特性的差异决定应用程式的合不合适。下表汇整了各阻障金属层(阻挡金属)的特徴及适合的应用程式。表中有「×」记号者,表示比其他差,不适合。
代表性的阻障金屬層有鈦,鈤,白金。
使用鈦﹙钛﹚的作为特徵是VF非常低,但反向的漏電流红外則比其他大。因此,並不適合發熱變大,周圍變高溫的條件。待會兒會加以説明,容易有發生熱失控﹙热失控﹚的傾向。應用程式方面,因VF小,故導通損失少,電壓下降也小,適合使用於電池驅動電路。
使用鈤﹙钼﹚的作为為VF和红外的平衡型,常用於DC / DC轉換型電路。
使用白金﹙铂﹚的作为由於红外非常小,發熱也少,故適合高溫下使用。此點在應用於車載機器上佔有優勢。
其他二极体意指通用的PN接面整流二极体,IR的值小,几乎所有情况皆可忽视。反之下,Si-SBD的IR无法忽视,这是使用的Si-SBD上的重点。
接著,下圖具體顯示上表中有○或△記號的各作为特性。以鈦為例,可以看出雖然VF非常低,不過红外大。
Si-SBD的熱失控
接著說明使用Si-SBD時將成為重要討論事項的熱失控。熱失控﹙热失控﹚是一種因發熱而使二極體Tj超過最大額定,最糟將導致破壞的現象。如前所述,Si-SBD的红外損失無法忽視。發熱是红外和VR(反向電壓)的積,也就是漏電流的反向電力損失乘以熱阻抗。這與普通的熱計算相同,因此對IR大的鈦作为來說最為不利。此外,红外若VR變高時有増加傾向,溫度上升時則具有増加的正溫度特性(參照上次説明)。自我发热(或周围温度上升)将使TJ上升IR増加,更进一步发热后则将产生IR増加等失控状态。当然,条件是发热量必须大于散热量。
要防止熱失控,需要即使任何條件導致發熱皆可以散熱的完整熱設計。以下是熱失控相關要點。
VF和红外的應用程式圖
最後提供適合二極體特性的應用程式圖,希望可以作為設計的参考。
·Si的SBD的特性取决于阻障金属层。
・須事先認知,Si-SBD的红外是無法忽視的階級。
・有產生熱失控的可能性,須進行充分的熱設計驗證。