电子电路中肖特基二极管的等效电路

电子电路是由各种电子器件组成的，因此学习电子电路中，必须要熟悉各种电子器件性能，今天就给大家讲解肖特基二极管，主要内容如下：

一.肖特基二极管的定义

肖特基二极管，顾名思义，是以其发明人肖特基博士(Schottky)名字命名的一种热载流子二极管。其反向恢复时间极短(可以小到几纳秒)，正向导通压降仅0.4V左右，而整流电流却可以达到几千安培，可以作为开关二极管和低压大电流整流二极管使用，这些优良特性是快恢复二极管所无法比拟的。其完整的叫法是肖特基整流二极管(Schottky Rectifier Diode)，缩写成SR;也可叫做肖特基势垒二极管(Schottky Barrier Diode)，缩写成SBD。

二. 肖特基二极管的结构

下图是肖特基二极管的一维基本结构，其通过将掺杂的半导体区域(通常是N型)与金属(例如金、铂、钛等)连接起来形成的。形成的并不是PN结，而是金属-半导体结。

肖特基二极管的等效电路

三.肖特基二极管工作原理

当金属与N型半导体结合时，形成MS结。这个结被称为肖特基势垒。肖特基势垒的行为会有所不同，具体取决于二极管是处于无偏置、正向偏置还是反向偏置状态。

无偏置肖特基二极管

当金属与N型半导体结合时，N型半导体中的导带电子(自由电子)会从N型半导体向金属移动，建立平衡态。我们知道，当一个中性原子 失去一个电子时，它变成一个正离子，当一个中性原子获得一个额外的电子时，它变成一个负离子。穿过结的导带电子或自由电子将为金属中的原子提供额外的电子。结果，金属结处的原子获得了额外的电子，而N侧结处的原子失去了电子。在N侧结失去电子的原子将成为正离子，而在金属结获得额外电子的原子将成为负离子。因此，正离子在N侧结处产生，而负离子在金属结处产生。这些正离子和负离子只不过是耗尽区。由于金属具有大量自由电子，因此这些电子移动到金属中的宽度与N型半导体内部的宽度相比可以忽略不计。所以内建电位或内建电压主要存在于N型半导体内部。内建电压是N型半导体的导带电子在试图进入金属时所看到的势垒。为了克服这个障碍，自由电子需要比内建电压更大的能量。在无偏置肖特基二极管中，只有少量电子会从N型半导体流向金属。内置电压可防止电子进一步从半导体导带流入金属。自由电子从N型半导体转移到金属中导致接触附近的能带弯曲。

正向偏置肖特基二极管

如果电池正极接金属，负极接N型半导体，则称肖特基二极管正向偏置。当向肖特基二极管施加正向偏压时，在N型半导体和金属中产生大量自由电子。然而，N型半导体和金属中的自由电子不能穿过结，除非施加的电压大于0.2伏。如果施加的电压大于 0.2 伏，则自由电子获得足够的能量并克服耗尽区的内建电压。结果，电流开始流过肖特基二极管。如果不断增加外加电压，耗尽区会变得很薄，最终消失。

反向偏置肖特基二极管

如果电池负极接金属，正极接N型半导体，则称肖特基二极管反向偏置。当向肖特基二极管施加反向偏置电压时，耗尽宽度增加。结果电流停止流动。由于金属中的热激发电子，会产生少量的漏电流。

如果反向偏压持续增加，则由于势垒较弱，电流逐渐增加。如果反向偏压大幅增加，则电流会突然上升。电流的这种突然上升会导致耗尽区损坏，这可能会永久损坏器件。

肖特基势垒二极管的VI特性

从 VI 特性可以看出，肖特基势垒二极管的 VI 特性与普通 PN 结二极管相似，但还是存在以下不同。肖特基势垒二极管的正向压降比普通的PN结二极管低。由硅制成的肖特基势垒二极管的正向压降呈现出 0.3 伏至 0.5 伏得正向压降。

正向压降随着n型半导体掺杂浓度的增加而增加。由于载流子的高度集中，肖特基势垒二极管的 VI 特性比普通 PN 结二极管的 VI 特性更陡峭。

四.肖特基二极管的特性参数

1、导通压降VF

VF为二极管正向导通时二极管两端的压降，当通过二极管的电流越大，VF越大;当二极管温度越高时，VF越小。

2、反向饱和漏电流IR

IR指在二极管两端加入反向电压时，流过二极管的电流，肖特基二极管反向漏电流较大，选择肖特基二极管是尽量选择IR较小的二极管。

3、额定电流IF

指二极管长期运行时，根据允许温升折算出来的平均电流值。

4. 最大浪涌电流IFSM

允许流过的过量的正向电流。它不是正常电流，而是瞬间电流，这个值相当大。

5.最大反向峰值电压VRM

即使没有反向电流，只要不断地提高反向电压，迟早会使二极管损坏。这种能加上的反向电压，不是瞬时电压，而是反复加上的正反向电压。因给整流器加的是交流电压，它的最大值是规定的重要因子。最大反向峰值电压VRM指为避免击穿所能加的最大反向电压。目前肖特基最高的VRM值为150V。

6. 最大直流反向电压VR

上述最大反向峰值电压是反复加上的峰值电压，VR是连续加直流电压时的值。用于直流电路，最大直流反向电压对于确定允许值和上限值是很重要的.

7.最高工作频率fM

由于PN结的结电容存在，当工作频率超过某一值时，它的单向导电性将变差。肖特基二极管的fM值较高，最大可达100GHz。

8.反向恢复时间Trr

当工作电压从正向电压变成反向电压时，二极管工作的理想情况是电流能瞬时截止。实际上，一般要延迟一点点时间。决定电流截止延时的量，就是反向恢复时间。虽然它直接影响二极管的开关速度，但不一定说这个值小就好。也即当二极管由导通突然反向时，反向电流由很大衰减到接近IR时所需要的时间。大功率开关管工作在高频开关状态时，此项指标至为重要。

9. 最大耗散功率P

二极管中有电流流过，就会吸热，而使自身温度升高。在实际中外部散热状况对P也是影响很大。具体讲就是加在二极管两端的电压乘以流过的电流加上反向恢复损耗。

五.肖特基二极管选型原则

要根据开关电源所要输出的电压VO、电流IO、散热情况、负载情况、安装要求、所要求的温升等确定所要选用的肖特基二极管种类。

在一般的设计中，我们要留出一定的余量。比如，VR只用到其额定值的80%以下(特殊情况下可控制到50%以下)，IF用到其额定值的40%以下。

在单端反激(FLY-BACK)开关电源中，假定一产品：输入电压VIMAX=350VDC，输出电压VO=5V，电流IO=1A。

根据计算公式，要求整流二极管的反向电压 VR、正向电流IF满足下面的条件：

VR≥2VI×NS/NP

IF≥2IO/(1-θMAX)

其中：

NS/NP为变压器次、初级匝比

θMAX为最大占空比

假设，NS/NP=1/20，θMAX=0.35

则VR≥2×350/20=35(V)

IF≥2×1/(1-0.35)=3(A)

这样，我们可以参考选用SR340或1N5822。若产品为风扇冷却，则管子可以把余量留小一些。TO220、TO3P封装的管子有全包封、半包封之分这要根据具体情况选用。

半包封管子的散热优于全包封的管子，但需注意其散热器和中间管脚相通。

负载若为容性负载，建议IF再留出20%的余量。

注意功率肖特基二极管的散热和安装形式，要搞清楚产品为自然冷却还是风扇冷却，管子要安装在易通风散热的地方，以提高产品的可靠性。TO-220、TO-3P型的管子与散热器之间要加导热硅脂，使管子与散热器之间接触良好。DO-41、DO-201AD封装的管子可采取立式、卧式、架空等方式安装，这要根据实际情况确定。

六.肖特基二极管使用注意事项

肖特基二极管的应用非常的广泛，很多领域都能使用到，肖特基二极管的使用事项有哪些呢?

1.0 对于浪涌电压或浪涌电流比较大的应用电路应该加抑制和吸收电路。

2.0应用电路的峰值工作电压应小于MDD肖特基二极管的最高反向击穿电压Vrrm。3.0 应用电路内的MDD肖特基二极管的实际工作温升应小于MDD肖特基二极管的最高结温。

4.0小于MDD肖特基二极管的正向额定电流IF。

5.0 对于比较苛刻的环境，为了保证可靠性，MDD肖特基二极管应降额使用。

6.0肖特基二极管的代换尽量选用原型号、因为不同的型号的肖特基正向压降VF和反向击穿电压VR、反向漏电流IR都不同。