开关电源的关键元件·SBD肖特基二极管

肖特基势垒二极管简称肖特基二极管或肖特基管。

英文全称：Schottky Barrier Diode

英文缩写：SBD

肖特基二极管，属于大电流、低功耗、低压、超高速半导体功率器件。它的正向导通压降仅为0.4V左右，反向恢复时间极短，可小至几纳秒；其整流电流可高达几百至几千安培。这些优良性能是快恢复及超快恢复二极管所不具备的。

肖特基二极管的工作原理

肖特基二极管是用钼、金、银等贵金属为阳极，用N型半导体材料为阴极，利用二者接触面上形成的势垒具有整流特性，从而制成的一种金属/半导体器件。

肖特基二极管属于五层器件，中间层以N型半导体为基片，上面用砷作掺杂剂的N-外延层，最上面用金属材料钼构成的阳极。

N型基片具备很小的导通电阻，在基片下面依次是N+阴极层、金属阴极。

如下图所示：典型的肖特基二极管的内部结构

典型的肖特基二极管的内部结构

近年，采用硅平面工艺制造的铝硅肖特基二极管，不仅改善了器件参数的一致性、还能节省贵金属，减少环境污染。

通过调整结构和参数，能在基片与阳极金属之间形成合适的肖特基垫垒。

当加上正偏压E时，势垒宽度W0变窄；加负偏压-E时，势垒宽度W0变宽，如下图所示：

外加偏压时势垒宽度的变化情况

肖特基二极管仅仅只用一种载流子(电子)输送电荷，然而在势垒的外侧无过剩的少数载流子积累，所以它不存在电荷储存效应，这个特性使得开关特性得到明显改善，反向恢复时间能缩短到10ns以内。但是存在一个缺陷，反向耐压较低，一般不超过100V，使得它仅适宜在低电压、大电流下工作。它的低正向压降特性，能提高大电流整流(或续流)电路的效率。

肖特基二极管的典型伏安特性如下图所示：

肖特基二极管的典型伏安特性

如图所示，正向导通电压介于锗管与硅管之间，但它的构造原理与PN结二极管有本质区别。

下表列出了， 肖特基二极管、超快恢复二极管、快恢复二极管、高频硅整流管的性能比较：

通过测量二极管正向压降，能容易区分是肖特基二极管还是超快恢复二极管。

通常利用数字万用表的二极管档测量二极管的UF值，当UF≈0.3V时是肖特基二极管，UF≈0.55～0.6V时是超快恢复二极管。测量值偏小的原因，是因为二极管档的测试电流较小(一般为1mA)。

肖特基二极管的选取原则

开关电源的输出整流管适宜采用肖特基二极管，因为它的低压降大电流特性，有利于提高电源效率。

肖特基二极管的反向峰值电压，应选取大于等于最大反向峰值电压的2倍。

最大反向峰值电压=输出电压+（次级匝数/初级匝数*直流输入电压最大值）

肖特基二极管的平均整流电流，应选取大于等于最大连续输出电流的3倍。

举个栗子：

某开关电源的输出电压Uo=12V，最大连续输出电流Iom=5A，最大输出功率Pom=60W。

已知：高频变压器，初级匝数Np=54匝，次级匝数Ns=5匝，直流输入电压最大值UImax=375V(对应的交流输入最大电压为265V)。

可算出，最大反向峰值电压=12+（5/54*375）=46.7V

得出：

肖特基二极管的反向峰值电压=2*46.7=93.4V

肖特基二极管的平均整流电流=3*5=15A

结论：

此时可选择Motorola公司生产的MBR20100型肖特基二极管可以满足要求，它的反向峰值电压=100V，平均整流电流=20A，反向恢复时间10ns。

【需要特别指出】

肖特基二极管的最高反向工作电压一般不超过100V，只适合作低压、大电流整流用。当Uo≥30V时，须用耐压100V以上的超快恢复二极管来代替肖特基二极管，不过电源效率会略有下降。

肖特基二极管的常用型号与参数

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