Для чего используется диод Шоттки

Диод Шоттки

Диод Шоттки относится к семейству диодов. Выглядит он почти также, как и его собратья, но есть небольшие отличия.

Простой диод выглядит на схемах вот так:

обозначение диода на схеме

Стабилитрон уже обозначается, как диод с “кепочкой”

обозначение стабилитрона на схеме

Диод Шоттки имеет две “кепочки”

обозначение диода шоттки на схеме

Чтобы проще запомнить, можно добавить голову и ножки и представить себе человечка, танцующего ламбаду)

Обратное напряжение диода Шоттки

Итак, как вы помните, диод пропускает электрический ток только в одном направлении, а в другом направлении блокирует прохождение электрического тока до какого-то критического значения, называемым обратным напряжением диода.

Это значение можно найти в даташите

обратное напряжение диода

Для каждой марки диода оно разное

Если превысить это значение, то произойдет пробой, и диод выйдет из строя.

Падение напряжения на диоде Шоттки

Если же подать прямой ток на диод, то на диоде будет “оседать” напряжение. Это падение напряжения называется прямым падением напряжения на диоде. В даташитах обозначается как Vf , то есть Voltage drop.

прямое падение напряжения на диоде

Если пропустить через такой диод прямой ток, то мощность, которая будет на нем рассеиваться, будет определяться формулой:

где

P – мощность, Вт

Vf – прямое падение напряжение на диоде, В

I – сила тока через диод, А

Поэтому, одним из главных преимуществ диода Шоттки является то, что его прямое падение напряжения намного меньше, чем у простого диода. Следовательно, он будет меньше рассеивать тепло, или простым языком, меньше нагреваться.

Давайте рассмотрим один из примеров. Возьмем диод 1N4007. Его прямое падение напряжения составляет 0,83 Вольт, что типично для простого полупроводникового диода.

падение напряжение на диоде в прямом включении

В настоящий момент через него проходит сила тока, равная 0,5 А. Давайте рассчитаем его рассеиваемую мощность в данный момент. P=0,83 x 0,5 = 0,415 Вт.

Если рассмотреть этот случай через тепловизор, то можно увидеть, что его температура корпуса составила 54,4 градуса по Цельсию.

Теперь давайте проведем тот же самый эксперимент с диодом Шоттки 1N5817. Как вы видите, его прямое падение напряжения составило примерно 0,35 В.

падение напряжения на диоде Шоттки при прямом включении

При прохождении силы тока через диод Шоттки в 0,5 А, мы получим рассеиваемую мощность P=0,5 x 0,35 = 0,175 Вт. При этом тепловизор нам покажет, что температура корпуса уже будет 38,2 градуса.

Следовательно, Шоттки намного эффективнее, чем простой полупроводниковый диод в плане пропускания через себя прямого тока, так как он обладает меньшим падением напряжения, а следовательно, меньше рассеивает тепло в окружающее пространство и меньше нагревается.

Прямое падение напряжения можно также посмотреть и в даташитах. Например, прямое падение напряжения на диоде Шоттки 1N5817 можно найти из графика зависимости прямого тока от падения напряжения на диоде Шоттки

график зависимости прямого тока от напряжения

В нашем случае если следовать графо-аналитическому способу, то мы как раз получаем значение 0,35 В

Диод Шоттки в ВЧ цепях

Также диоды Шоттки обладают быстрой скоростью переключения. Это значит, что мы можем использовать их в высокочастотных (ВЧ) цепях.

Итак, возьмем генератор частоты и выставим синус частотой в 60 Гц

Возьмем диод 1N4007 и диод Шоттки 1N5817. Подключим их по простой схеме однополупериодного выпрямителя

и будем снимать с них показания

Как вы видите, оба они прекрасно справляются со своей задачей по выпрямлению сигнала на частоте в 60 Гц.

Но что будет, если мы увеличим частоту до 300 кГц?

Ого! Диод Шоттки более-менее справляется со своей задачей, что нельзя сказать о простом диоде 1N4007. Простой диод не может справиться со своей задачей не пропускать обратный ток, поэтому на осциллограмме мы видим отрицательный выброс

Отсюда можно сделать вывод: диоды Шоттки рекомендуется использовать в ВЧ цепях.

Обратный ток утечки

Но раз уж диоды Шоттки такие крутые, то почему бы их не использовать везде? Почему мы до сих пор используем простые диоды?

Если мы подключим диод в обратном направлении, то он будет блокировать прохождение электрического тока. Это верно, но не совсем. Очень маленький ток все равно будет проходить через диод. В некоторых случаях это не принимают во внимание. Этот маленький ток называется обратным током утечки. На английский манер это звучит как reverse leakage current.

Он очень мал, но имеет место быть.

Проведем простой опыт. Возьмем лабораторный блок питания, выставим на нем 19 В и подадим это напряжение на диод в обратном направлении

Замеряем ток утечки

обратный ток утечки диода

Как вы видите, его значение составляет 0,1 мкА.

Давайте теперь повторим этот же самый опыт с диодом Шоттки

обратный ток утечки диода Шоттки

Ого, уже почти 20 мкА! Ну да, в некоторых случаях это сущие копейки и ими можно пренебречь. Но есть схемы, где все-таки недопустим такой незначительный ток. Например, в схемах пикового детектора

схема пик детектора

В этом случае эти 20 мкА будут весьма значительны.

Но есть также еще один камень преткновения. С увеличением температуры обратный ток утечки возрастает в разы!

зависимость обратного тока утечки от температуры корпуса диода Шоттки

Поэтому, вы не можете использовать Шоттки везде в схемах.

Но и это еще не все. Обратное напряжение для диодов Шоттки в разы меньше, чем для простых выпрямительных диодов. Это можно также увидеть из даташита. Если для диода 1N4007 обратное напряжение составляет 1000 В

То для диода Шоттки 1N5817 это обратное напряжение уже будет составлять всего-то 20 В

Поэтому, если это напряжение превысит значение, которое описано в даташите, мы в итоге получим:

Применение диодов Шоттки

Диоды Шоттки находят достаточно широкое применение. Их можно найти везде, где требуется минимальное прямое падение напряжения, а также в цепях ВЧ. Чаще всего их можно увидеть в компьютерных блоках питания, а также в импульсных стабилизаторах напряжения.

Также эти диоды нашли применение в солнечных панелях, так как солнечные панели генерируют электрический ток только в светлое время суток. Чтобы в темное время суток не было обратного процесса потребления тока от аккумуляторов, в панели монтируют диоды Шоттки

Шоттки в солнечных панелях

В компьютерной технике чаще всего можно увидеть два диода в одном корпусе

При написании данной статьи использовался материал с этого видео

Источник: https://www.ruselectronic.com/schottky-diode/

Эталонная проверочная модель расчета полупроводникового диода Шоттки

Диоды Шоттки — одни из самых старых полупроводниковых элементов, которые до сих пор используются в современных устройствах, в том числе в компьютерах и радарах.

Для полной уверенности в корректной работе диода Шоттки, инженерам необходимо учитывать при проектировании такие факторы, как плотность тока и высоту потенциального барьера.

Приведенная ниже эталонная модель подтверждает, что программный пакет COMSOL Multiphysics® с модулем расширения Полупроводники хорошо подходит для решения таких задач.

Краткая история диода Шоттки

Принцип работы диода Шоттки был впервые продемонстрирован в 1874 году Карлом Фердинандом Брауном. Соединив металлический провод и галеновый кристалл (который играл роль полупроводника), Браун создал диод с точечным контактом, который превращал переменный ток в постоянный (т.е. выпрямлял ток). Это устройство было одним из первых экземпляров и концептов полупроводникового диода, но работа Брауна не привлекла особого внимания, т.к. в то время для нее не нашлось практических применений.

Изобретение радио создало спрос на полупроводниковые диоды, или, как их называли в то время, кристаллические детекторы. В 1901 году индийский профессор физики Джагадиш Чандра Бос показал, что диод чувствителен к радиоволнам.

Пять лет спустя Гринлиф Уиттер Пиккард запатентовал кристаллический детектор «кошачий ус», который широко использовался в радиотехнике вплоть до 1920-х годов. Такой диод состоял из тонкого металлического провода (напоминаущего кошачий ус), который находился в контакте с кристаллом кремния.

Подстраивая положение провода, можно было ловить радиосигнал и настраивать радиоприемник.

Детектор «кошачий ус», который использовался в кристаллическом радиоприемнике. Автор изображения — JA.Davidson, изображение доступно на Викискладе.

В 1930-х годах физик Вальтер Шоттки установил, что в точке соприкосновения металла и полупроводника возникает потенциальный барьер. Его работа привела к появлению диодов Шоттки — и дала им имя.

Эти диоды также называют диодами с барьером Шоттки, диодами с горячими носителями или с горячими электронами.

Как и другие диоды, они пропускают ток в одном направлении благодаря потенциальному барьеру, возникающему при контакте (прямое смещение), и не пропускают ток в обратном направлении (обратное смещение).

Применение и достоинства диодов Шоттки

По сравнению с другими современными типами диодов у диодов Шоттки есть несколько преимуществ . Например, их отличают высокая плотность тока и малое падение напряжения в прямом направлении, так что они потребляют мало энергии и выделяют меньше тепла.

Таким образом, они эффективнее и компактнее других диодов, и их можно использовать с небольшими по размеру радиаторами. Помимо этого, диоды Шоттки быстро переключаются, быстро возвращаются в состояние готовности и отличаются малой емкостью.

Эти свойства важны в таких прикладных задачах, как:

• Зарядка компьютеров и смартфонов
• Смесители частот для СВЧ-радаров
• Выпрямление мощности для приводов двигателей и светодиодов
• Защита транзисторов от насыщения
• Защита от разряда аккумулятора в фотоэлементах.

Во всех указанных приложениях инженеры смогут проводить проектирование диодов в специализированном пакете для расчета полупроводников и численно определять такие ключевые характеристики устройств как, например, плотность тока и напряжение. Давайте рассмотрим для примера эталонную проверочную модель.

Численное проектирование диода Шоттки

Эталонная проверочная модели «Контакт Шоттки» описывает поведение простого диода Шоттки при смещении в прямом направлении. В геометрии модели воспроизведена полупроводниковая пластина из кремния (внизу), на которую нанесен слой вольфрама (вверху). Обратите внимание, что для задания свойств кремния вы можете использовать настройки программного пакета COMSOL® по умолчанию.

Геометрия простейшего диода Шоттки.

При изучении диода важно правильно подобрать высоту потенциального барьера, создаваемого контактом Шоттки: от нее зависит, будет ли диод работать. Высота барьера зависит от структуры перехода «металл — полупроводник», и ее непросто определить.

В этой модели используется идеальное значение для высоты потенциального барьера, рассчитанное на основе стандартных свойств кремния и работы выхода вольфрама (4,72 В), которое равно 0,67 В.

Используя такой «идеальный» контакт Шоттки, мы упрощаем модель.

Так мы можем рассчитать ток, текущий через контакт между двумя материалами, не учитывая снижение барьера за счет снижения сил зеркального изображения, туннелирования, влияния диффузии и поверхностных состояний. Этот ток определяется в первую очередь термоэлектронным вкладом, зависимость которого от приложенного напряжения и плотности тока показана на графике ниже.

Сравнение расчетной модели (сплошная линия) и экспериментальных данных (круглые маркеры) о плотности тока в диоде Шоттки с прямым смещением.

Как вы видите, результаты эталонной проверочной модели хорошо согласуются с экспериментальными данными, показывая, что свойства контакта Шоттки можно точно моделировать в программном пакете COMSOL Multiphysics с помощью модуля расширения Полупроводники.

Дальнейшие шаги

Попробуйте сами промоделировать диоды Шоттки с помощью этого примера. Нажмите на кнопку ниже, чтобы перейти в Библиотеку моделей и приложений, в которой вы найдете пошаговые инструкции по сборке модели. Если у вас есть учетная запись COMSOL Access и действующая лицензия на программное обеспечение, вы можете загрузить MPH-файлы для этой модели.

Узнайте подробнее о моделировании полупроводников в корпоративном блоге COMSOL:

Источник: https://www.comsol.ru/blogs/evaluating-a-schottky-diode-with-a-semiconductor-benchmark-model/

Диоды шоттки как подключить

Что такое диод Шоттки? Это полупроводниковый элемент, название которого соответствует фамилии знаменитого физика и изобретателя, работавшего в Германии. Специфика диода Шоттки заключается в минимальном снижении напряжения.

Эта низкая динамика наблюдается при прямом введении компонента в цепь.

На практике используется при обратном напряжении с небольшими значениями (в среднем 3-10В), при возможности применять в промышленности с гораздо большими величинами значение может достигать до 1200В.

Внешний вид

Разновидности диодов Шоттки

Все полупроводниковые элементы, работающие по принципу барьера Шоттки, делятся по мощности на:

Сдвоенный диод

На рисунке показан сдвоенный элемент, являющий собой по сути два элемента. Они расположены в едином корпусе, в одно целое соединены катодом или анодом. В этом случае чаще всего имеется три вывода диода. При идентичных параметрах собранных таким образом элементов обеспечивается надежность работы всего устройства, в первую очередь, за счет единой температуры.

Особенности и принцип работы диода Шоттки

Как работает диод Шоттки? В чем принципиальные отличия его работы от аналогов с другим барьерным переходом?

Устройство диода Шоттки имеет отличие от других элементов того же назначения использованием барьером в виде перехода между металлом и полупроводником. У аналогов обычно работает с этой же целью p-n переход.

Так в первом случае имеется односторонняя электропроводность. В зависимости от того, какой конкретно металл выбран для перехода в элементе, различаются и характеристики элемента. Чаще всего выбирается кремний, возможно применение арсенида галлия.

Реже могут применяться сплавы вольфрама, платины и других материалов.

Кремний — самый распространенный и надежный элемент в диодах Шоттки, с ним конструкция надежно работает в условиях высокой мощности. Изделие стабильнее в работе, чем другие полупроводниковые аналоги, а простота изготовления и устройства диода Шоттки делают его очень доступным вариантом.

Металл-полупроводник: принцип работы перехода

Структура элемента

Принцип работы диода Шоттки основан на особенностях барьера. Эффект Шоттки при контакте компонентов, из которых выполнен непосредственно полупроводник и металл заключается в образовании бедного электронами участка. Последний имеет вентильные характеристики, аналогичные p-n взаимодействию. Контактный слой останавливает носителей заряда. По сравнению с другими типами полупроводниковых вентилей такое решение обладает:

• минимальным обратным током;
• стремящейся к нулю собственной емкостью;
• обратным напряжением самой низкой допустимой величины;
• при прямом включении — меньшим снижением напряжения (до 0.5 В в сравнении с 2-3 В в случае аналога).

В переходной зоне нет лишних носителей заряда. Благодаря этому там не возникают диффузии и рекомбинации, что наблюдается в контактных слоях p-n перехода. Так обеспечивается минимальная собственная емкость диода Шоттки, что делает возможным с большей эффективностью использовать его в устройствах с высокими и сверхчастотами.

Преимущества и недостатки диода Шоттки

Несомненными преимуществами подобных полупроводниковых изделий являются:

• надежное удерживание электротока;
• минимальная емкость барьера обеспечивает длительную эксплуатацию;
• быстродействие.

Высокие показатели обратного тока — основной недостаток устройств с диодом Шоттки. Из-за этого при скачке обратного тока диод может выйти из строя.

Важно! При внедрении подобных диодов в цепи с высокой мощностью электротока создается риск теплового пробоя.

Маркировка и схема диода Шоттки

На схеме преподносится почти как стандартный полупроводниковый диод, но имеются и отличия.

Источник: https://crast.ru/instrumenty/diody-shottki-kak-podkljuchit

Диод шоттки обозначение на схеме

К многочисленному семейству полупроводниковых диодов названных по фамилиям учёных, которые открыли необычный эффект, можно добавить ещё один. Это диод Шоттки.

https://www.youtube.com/watch?v=M5Yg0L4GHGY

Немецкий физик Вальтер Шоттка открыл и изучил так называемый барьерный эффект возникающий при определённой технологии создания перехода металл-полупроводник.

Основной «фишкой» диода Шоттки является то, что в отличие от обычных диодов на основе p-n перехода, здесь используется переход металл-полупроводник, который ещё называют барьером Шоттки. Этот барьер, так же, как и полупроводниковый p-n переход, обладает свойством односторонней электропроводимости и рядом отличительных свойств.

В качестве материала для изготовления диодов с барьером Шоттки преимущественно используется кремний (Si) и арсенид галлия (GaAs), а также такие металлы как золото, серебро, платина, палладий и вольфрам.

На принципиальных схемах диод Шоттки изображается вот так.

Как видим, его изображение несколько отличается от обозначения обычного полупроводникового диода.

Кроме такого обозначения на схемах можно встретить и изображение сдвоенного диода Шоттки (сборки).

Сдвоенный диод – это два диода смонтированных в одном общем корпусе. Выводы катодов или анодов у них объединены. Поэтому такая сборка, как правило, имеет три вывода. В импульсных блоках питания обычно применяются сборки с общим катодом.

Так как два диода размещены в одном корпусе и выполнены в едином технологическом процессе, то их параметры очень близки. Поскольку они размещены в едином корпусе, то и температурный режим их одинаков. Это увеличивает надёжность и срок службы элемента.

У диодов Шоттки есть два положительных качества: весьма малое прямое падение напряжения (0,2-0,4 вольта) на переходе и очень высокое быстродействие.

К сожалению, такое малое падение напряжения проявляется при приложенном напряжении не более 50-60 вольт. При дальнейшем его повышении диод Шоттки ведёт себя как обычный кремниевый выпрямительный диод. Максимальное обратное напряжение для Шоттки обычно не превышает 250 вольт, хотя в продаже можно встретить образцы, рассчитанные и на 1,2 киловольта (VS-10ETS12-M3).

Так, сдвоенный диод Шоттки (Schottky rectifier) 60CPQ150 рассчитан на максимальное обратное напряжение 150V, а каждый из диодов сборки способен пропустить в прямом включении 30 ампер!

Также можно встретить образцы, выпрямленный за полупериод ток которых может достигать 400А максимум! Примером может служит модель VS-400CNQ045.

Очень часто в принципиальных схемах сложное графическое изображение катода попросту опускают и изображают диод Шоттки как обычный диод. А тип применяемого элемента указывают в спецификации.

К недостаткам диодов с барьером Шоттки можно отнести то, что даже при кратковременном превышении обратного напряжения они мгновенно выходят из строя и главное необратимо. В то время как кремниевые силовые вентили после прекращения действия превышенного напряжения прекрасно самовосстанавливаются и продолжают работать. Кроме того обратный ток диодов очень сильно зависит от температуры перехода. На большом обратном токе возникает тепловой пробой.

К положительным качествам диодов Шоттки кроме высокого быстродействия, а, следовательно, малого времени восстановления можно отнести малую ёмкость перехода (барьера), что позволяет повысить рабочую частоту.

Это позволяет использовать их в импульсных выпрямителях на частотах в сотни килогерц. Очень много диодов Шоттки находят своё применение в интегральной микроэлектронике.

Выполненные по нано технологии диоды Шоттки входят в состав интегральных схем, где они шунтируют переходы транзисторов для повышения быстродействия.

В радиолюбительской практике прижились диоды Шоттки серии 1N581x (1N5817, 1N5818, 1N5819). Все они рассчитаны на максимальный прямой ток (IF(AV)) – 1 ампер и обратное напряжение (VRRM) от 20 до 40 вольт. Падение напряжения (VF) на переходе составляет от 0,45 до 0,55 вольт. Как уже говорилось, прямое падение напряжения (Forward voltage drop) у диодов с барьером Шоттки очень мало.

Также достаточно известным элементом является 1N5822. Он рассчитан на прямой ток в 3 ампера и выполнен в корпусе DO-201AD.

Также на печатных платах можно встретить диоды серии SK12 – SK16 для поверхностного монтажа. Они имеют довольно небольшие размеры. Несмотря на это SK12-SK16 выдерживают прямой ток до 1 ампера при обратном напряжении 20 – 60 вольт. Прямое падение напряжения составляет 0,55 вольт (для SK12, SK13, SK14) и 0,7 вольт (для SK15, SK16). Также на практике можно встретить диоды серии SK32 – SK310, например, SK36, который рассчитан на прямой ток 3 ампера.

Применение диодов Шоттки в источниках питания

Диоды Шоттки активно применяются в блоках питания компьютеров и импульсных стабилизаторах напряжения. Среди низковольтных питающих напряжений самыми сильноточными (десятки ампер) являются напряжения +3,3 вольта и +5,0 вольт. Именно в этих вторичных источниках питания и используются диоды с барьером Шоттки. Чаще всего используются трёхвыводные сборки с общим катодом. Именно применение сборок может считаться признаком высококачественного и технологичного блока питания.

Выход из строя диодов Шоттки одна из наиболее часто встречающихся неисправностей в импульсных блоках питания. У него может быть два «дохлых» состояния: чистый электрический пробой и утечка. При наличии одного из этих состояний блок питания компьютера блокируется, так как срабатывает защита. Но это может происходить по-разному.

В первом случае все вторичные напряжения отсутствуют. Защита заблокировала блок питания. Во втором случае вентилятор «подёргивается» и на выходе источников питания периодически то появляются пульсации напряжения, то пропадают.

То есть схема защиты периодически срабатывает, но полной блокировки источника питания при этом не происходит. Диоды Шоттки гарантированно вышли из строя, если радиатор, на котором они установлены, разогрет очень сильно до появления неприятного запаха. И последний вариант диагностики связанный с утечкой: при увеличении нагрузки на центральный процессор в мультипрограммном режиме блок питания самопроизвольно отключается.

Следует иметь в виду, что при профессиональном ремонте блока питания после замены вторичных диодов, особенно с подозрением на утечку, следует проверить все силовые транзисторы выполняющие функцию ключей и наоборот: после замены ключевых транзисторов проверка вторичных диодов является обязательной процедурой. Всегда необходимо руководствоваться принципом: беда одна не приходит.

Проверка диодов Шоттки мультиметром

Проверить диод Шоттки можно с помощью рядового мультиметра. Методика такая же, как и при проверке обычного полупроводникового диода с p-n переходом. Но и тут есть подводные камни. Особенно трудно проверить диод с утечкой.

Прежде всего, элемент необходимо выпаять из схемы для более точной проверки. Достаточно легко определить полностью пробитый диод.

На всех пределах измерения сопротивления неисправный элемент будет иметь бесконечно малое сопротивление, как в прямом, так и в обратном включении. Это равносильно короткому замыканию.

Сложнее проверить диод с подозрением на «утечку». Если проводить проверку мультиметром DT-830 в режиме «диод», то мы увидим совершенно исправный элемент. Можно попробовать измерить в режиме омметра его обратное сопротивление.

На пределе «20кОм» обратное сопротивление определяется как бесконечно большое. Если же прибор показывает хоть какое-то сопротивление, допустим 3 кОм, то этот диод следует рассматривать как подозрительный и менять на заведомо исправный.

Стопроцентную гарантию может дать полная замена диодов Шоттки по шинам питания +3,3V и +5,0V.

Где ещё в электронике используются диоды Шоттки? Их можно обнаружить в довольно экзотических приборах, таких как приёмники альфа и бета излучения, детекторах нейтронного излучения, а в последнее время на барьерных переходах Шоттки собирают панели солнечных батарей. Так, что они питают электроэнергией и космические аппараты.

Источник: https://instrument16.ru/instrument/diod-shottki-oboznachenie-na-sheme.html

Диод Шоттки. Достоинства, диагностика и применение

Шоттки диод – это диод, который является полупроводниковым с небольшим падением напряжения во время включения. Диод был назван именем физика Вальтера Шоттки. Шоттки применяют переход металл-полупроводник как барьер, обратное напряжение допускается в рамках – 1200 В. Множество диодов Шоттки используются при обратном напряжении в низковольтовых цепях.

Достоинства

Благодаря Шотткам имеется возможность значительно снизить напряжение до 0,02 – 0,04 В. Такое малое снижение напряжения свойственно только диодам Шоттки, при этом обратное напряжение будет в несколько десятков вольт.

Барьер Шоттки обладает небольшой электрической емкостью перехода, это позволяет рабочую частоту заметно повысить. В интегральных микросхемах применяется данное свойство, там, где диодами шунтируются переходы логических элементов.

В электронике небольшое время для восстановления дает возможность строить выпрямители на определенные частоты.

Благодаря небольшим емкостям перехода и хорошим временным характеристикам, выпрямители отличны от стандартных диодных выпрямителей сниженным уровнем помех, поэтому они используются в стандартных блоках питания.

Применение в блоках питания

В блоках питания диоды применяются для выпрямления тока каналов, величина этих токов исчисляется в десятках ампер, это приводит к потребности вполне серьезно относиться к вопросам понижения энергетических потерь и к вопросам быстрого действия выпрямителей. Решение данных вопросов заметно увеличивает КПД блока питания, повышает эффективность работы в транзисторах.

Для устранения замыкания во время переключения и для снижения динамических потерь, в точных каналах, там, где самые значительные потери, применяются диоды Шоттки в качестве выпрямительных элементов.

Прежде всего, их использование в каналах предоставляет в течение не слишком длительного времени восстановить обратное сопротивление, это приводит к понижению броска тока и обратного вторичного тока через коллекторы в момент переключения.

Благодаря этому понижается нагрузка на блок питания, повышается его надежность.

В компьютерных блоках питания диоды Шоттки представлены двумя диодами, это увеличивает компактность блоков и их технологичность, значительно улучшает условие охлаждение. Применение отдельных диодов является низкокачественным показателем блока питания.

Падение напряжения на данном диоде слишком маленькое, это предоставляет выигрыш в КПД (величина тока составляет 15-25А).

Диагностика диодов

На практике диагностика и проверка диодов Шоттки – непростое дело, потому что многое определяется типом применяемого прибора для замера, также как и опытом измерений.

Но, тем не менее, выявить обычной пробой несколько диодов в сборке не составляет особых усилий. Для этого нужно диодную сборку выпаять и произвести осмотр тестером, выполнять его необходимо, как и для обычных диодов.

Неисправный диод будет показывать одно и то же сопротивление в двух направлениях, такой показатель указывает на его неисправность.

Но в основном, как показывает практика, происходят утечки диодов. Таким способом выявить утечки практически невозможно, тестер будет показывать исправность проверяемого диода. Точную диагностику может позволить лишь замена неисправного диода на исправный.

С помощью особой методики все-таки неисправный диод можно попытаться выявить, нужно измерить сопротивление обратного перехода. Для этого используется омметр.

Во время его применения нужно помнить, что различные тестеры иногда могут давать разные показания, прежде всего, это объясняется отличием самих тестеров.

Источник: http://solo-project.com/articles/2/diod-shottki-dostoinstva-diagnostika-i-primenenie.html

Что такое диод Шоттки- подробное описание полупроводника

В электроустановках, как вы знаете, имеет огромное применение силовые полупроводниковые приборы — промышленные диоды. Это  стабилитроны, диоды Зенера и гость нашей статьи — диод Шоттки.

Что такое диод Шоттки(наречен в честь немецкого физика Вальтера Шоттки), могу сказать кратко – он отличается от других диодов принципом работы основанный на выпрямляющем контакте металл – полупроводник.

Этот эффект может получиться в двух случаях: для диода n-типа –если в полупроводнике работа выхода меньше чем металла, для диода р-типа – если работа выхода полупроводника больше чем металла.

Наибольшей популярностью пользуются диоды Шоттки вида n-типа из-за высокой подвижностью электронов, сравнимо с подвижностью дырок.

Рис 1. Вид диода Шоттки в разрезе

Плюсы и минусы

Для сравнения берем биполярный диод. Как говорится: сразу в огонь, начнем с недостатка, а он считаю самый важный. У диодов Шоттки огромный обратный ток.

С минусами все, теперь хорошее, плюсы.

• Во-первых, считаю, что диоды Шоттки являются наиболее быстродействующими. Так же можно учитывать плюсом прямое падение напряжения при таком же токе на несколько десятых вольта меньше как у биполярных.
• Во-вторых, можно добавить, что у  данных диодов  не накапливается не основные носители заряда, так как ток в полупроводнике проходит по принципу дрейфа. Про этот механизм расскажу в следующих статьях.

Структура диода Шоттки

Огромное количество диодов Шоттки изготавливаются по планарной технологии с  эпитаксиальным n-слоем, на поверхности которого создают оксидный слой, в котором образуются окна для формирования барьера. В роли последнего используются такие металлы: молибден, титан, платина, никель. По всей площади контактной области формируется кольцо кремния р-типа( рис 2 а), которое будет служить уменьшением краевых токов утечки.

Рис 2 а.,б.

Работает «охранное» кольцо таким способом: степень легирования и размеры р-области проектируется таким образом, чтобы при перенапряжениях на приборе ток пробоя протекал именно через р-n-преход, а не через контакт Шоттки.

Здесь мы видим, что области р-типа сформированы непосредственно в активной области перехода Шоттки. Поскольку в такой конструкции имеется два типа перехода – переход металл-кремний и р-n-переход,- по своим свойствам и характеристикам она занимает  промежуточное положение. Благодаря переходу Шоттки, она имеет минимальные токи утечки, а из наличия р-n-перехода — большие напряжения при прямом смещении.

Также конструкция, приведенная на рисунке 2 б, обладает повышенной устойчивостью к действию разряда статического электричества.

Это следует из принципа работы, который заключается в том, что объемные токи утечки замыкаются на обедненной области р-n-перехода, тем самым уменьшая электрическое поле на границе раздела металл-полупроводник при прямом смещении, области пространственного р-n-переходов имеют минимальную ширину, и вольт-амперная характеристика (ВАХ) рис.3  диода близка к ВАХ типовой конструкции диода.

При обратных же напряжениях область обеднения р-n-перехода увеличивается по мере увеличения прикладываемого напряжения и ОПЗ соседних р-n-переходов смыкается, образуя своего рода «экран», защищающий контакт Me-Si высоких напряжений, которые могут вызвать большие объемные токи утечки.

Рис.3 Вольт-амперная характеристика диода Шоттки

Принцип действия

Вольт-амперная характеристика диода Шоттки, смещенного в прямом направлении, определяется формулой

которая по форме совпадает с ВАХ р-n-перехода, однако ток  J0  гораздо выше, чем Js (типовые значения диода Шоттки Al-Si при 25 С J0= 1.6 *10-5А/см2, а для р-n-перехода при Nd=Na=1016А/см3, Js=10-10А/см2)

При прямом смещении диода Шоттки к прямому падению напряжения на переходе добавляется напряжение на самом полупроводнике. Сопротивление этой области содержит две составляющие:  сопротивление слаболегированной эпитаксиальной пленки (n—) и сопротивление сильнолегированной подложки (n+).

Для диода Шоттки с низким допустимым напряжением (менее 40 В) эти два сопротивления оказываются одного порядка, поскольку n+ область значительно длиннее (n—) области (примерно 500 и 5 мкм, соответственно).

Общее сопротивление кремния площадью 1 см2 составляет в таком случае   от 0,5 до 1 мОм, создавая падение напряжения в полупроводнике от 50 до 100 мВ при токе 100А.

Если диод Шоттки выполняется на допустимое обратное напряжение более 40 В, сопротивление слаболегированной области возрастает очень быстро, поскольку для создания более высокого напряжения требуется более протяженная слаболегированная область и еще более низкая концентрация носителей. В результате оба фактора приводят к возрастанию сопротивления (n—) области диода.

Конструкторско-технологические приемы

Большое сопротивление является одной из причин того, что обычные кремниевые диоды Шоттки не выполняются на напряжение свыше 200 В.

Для снижения обратных токов утечки, повышение устойчивости к разрядам статического электричества используются различные приемы.

Так, для снижения токов утечки и выхода годных диодов Шоттки в окне под барьерный слой делают углубление 0,05 мкм, а после формировании углубления в эпитаксиальном слое  проводят отжиг при температуре 650 град. В среде азота в течении 2-6 часов.

Снижение обратных токов молибденовых диодов Шоттки добиваются путем создания геттерирующего слоя перед нанесением   эпитаксиального слоя полированием обратной стороны подложки свободным абразивом, а после металлизации электрода Шоттки удаляют геттерирующий слой.

При выдерживании оптимальных соотношений между шириной и глубиной охранного кольца также можно существенно обратные токи утечки и повысить устойчивость к статики.

Пишите комментарии,дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное.

Источник: https://elektronchic.ru/elektronika/chto-takoe-diod-shottki.html

Диод Шоттки: что это такое, как проверить, характеристики

Развитие электроники требует все более высоких стандартов от радиодеталей. Для работы на высоких частотах используют диод Шоттки, который по своим параметрам превосходит кремниевые аналоги. Иногда можно встретить название диод с барьером Шоттки, что в принципе означает то же самое.

Конструкция

Отличается диод Шоттки от обыкновенных диодов своей конструкцией, в которой используется металл-полупроводник, а не p-n переход. Понятно, что свойства здесь разные, а значит, и характеристики тоже должны отличаться.

Действительно, металл-полупроводник обладает такими параметрами:

• Имеет большое значение тока утечки,
• Невысокое падение напряжения на переходе при прямом включении,
• Восстанавливает заряд очень быстро, так как имеет низкое его значение.

Диод Шоттки изготавливается из таких материалов, как арсенид галлия, кремний, намного реже, но также может использоваться – германий. Выбор материала зависит от свойств, которые нужно получить, однако в любом случае максимальное обратное напряжение, на которое могут изготавливаться данные полупроводники, не выше 1200 вольт – это самые высоковольтные выпрямители. На практике же намного чаще их используют при более низком напряжении – 3, 5, 10 вольт.

На принципиальной схеме диод Шоттки обозначается таким образом:

Но иногда можно увидеть и такое обозначение:

Это означает сдвоенный элемент: два диода в одном корпусе с общим анодом или катодом, поэтому элемент имеет три вывода. В блоках питания используют такие конструкции с общим катодом, их удобно использовать в схемах выпрямителей. Часто на схемах рисуется маркировка обычного диода, но в описании указывается, что это Шоттки, поэтому нужно быть внимательными.

Диодные сборки с барьером Шоттки выпускаются трех типов:

1 тип – с общим катодом,

2 тип – с общим анодом,

3 тип – по схеме удвоения.

Такое соединение помогает увеличить надежность элемента: ведь находясь в одном корпусе, они имеют одинаковый температурный режим, что важно, если нужны мощные выпрямители, например, на 10 ампер.

Но есть и минусы. Все дело в том, что малое падение напряжения (0,2–0,4 в) у таких диодов проявляется на небольших напряжениях, как правило – 50–60 вольт. При более высоком значении они ведут себя как обычные диоды. Зато по току эта схема показывает очень хорошие результаты, ведь часто бывает необходимо – особенно в силовых цепях, модулях питания – чтобы рабочий ток полупроводников был не ниже 10а.

Еще один главный недостаток: для этих приборов нельзя превышать обратный ток даже на мгновение. Они тут же выходят из строя, в то время как кремниевые диоды, если не была превышена их температура, восстанавливают свои свойства.

Но положительного все-таки больше. Кроме низкого падения напряжения, диод Шоттки имеет низкое значение емкости перехода. Как известно: ниже емкость – выше частота. Такой диод нашел применение в импульсных блоках питания, выпрямителях и других схемах, с частотами в несколько сотен килогерц.

Вольтамперная характеристика светодиода (ВАХ)

ВАХ такого диода имеет несимметричный вид. Когда приложено прямое напряжение, видно, что ток растет по экспоненте, а при обратном – ток от напряжения не зависит.

Все это объясняется, если знать, что принцип работы этого полупроводника основан на движении основных носителей – электронов. По этой же самой причине эти приборы и являются такими быстродействующими: у них отсутствуют рекомбинационные процессы, свойственные приборам с p-n переходами. Для всех приборов, имеющих барьерную структуру, свойственна несимметричность ВАХ, ведь именно количеством носителей электрического заряда обусловлена зависимость тока от напряжения.

Миниатюризация

С развитием микроэлектроники стали широко применяться специальные микросхемы, однокристальные микропроцессоры. Все это не исключает использования навесных элементов.

Однако если для этой цели использовать радиоэлементы обычных размеров, то это сведет на нет всю идею миниатюризации в целом. Поэтому были разработаны бескорпусные элементы – smd компоненты, которые в 10 и более раз меньше обычных деталей.

ВАХ таких компонентов ничем не отличается от ВАХ обычных приборов, а их уменьшенные размеры позволяют использовать такие запчасти в различных микросборках.

Компоненты smd имеют несколько типоразмеров. Для ручной пайки подходят smd размера 1206. Они имеют размер 3,2 на 1,6 мм, что позволяет их впаивать самостоятельно. Другие элементы smd более миниатюрные, собираются на заводе специальным оборудованием, и самому, в домашних условиях, их паять невозможно.

Принцип работы smd компонента также не отличается от его большого аналога, и если, к примеру, рассматривать ВАХ диода, то она в одинаковой степени будет подходить для полупроводников любого размера. По току изготавливаются от 1 до 10 ампер. Маркировка на корпусе часто состоит из цифрового кода, расшифровка которого приводится в специальных таблицах. Протестировать на пригодность их можно тестером, как и большие аналоги.

Использование на практике

Выпрямители Шоттки используется в импульсных блоках питания, стабилизаторах напряжения, импульсных выпрямителях. Самыми требовательными по току – 10а и более – это напряжения 3,3 и 5 вольт. Именно в таких цепях вторичного питания приборы Шоттки используют чаще всего. Для усиления значений по току их включают вместе по схеме с общим анодом или катодом. Если каждый из сдвоенных диодов будет на 10 ампер, то получится значительный запас прочности.

Одна из самых частых неисправностей импульсных модулей питания – выход из строя этих самых диодов. Как правило, они либо полностью пробиваются, либо дают утечку. В обоих случаях неисправный диод нужно заменить, после чего проверить мультиметром силовые транзисторы, а также замерить напряжения питания.

Тестирование и взаимозаменяемость

Проверить выпрямители Шоттки можно так же, как и обычные полупроводники, так как они имеют похожие характеристики. Мультиметром необходимо прозвонить его в обе стороны – он должен показать себя так же, как и обычный диод: анод-катод, при этом утечек быть не должно. Если он показывает даже незначительное сопротивление – 2–10 килоом, это уже повод для подозрений.

Проверка диода Шоттки мультиметром

Диод с общим анодом или катодом можно проверить как два обычных полупроводника, соединенных вместе. Например, если анод общий, то это будет одна ножка из трех. На анод ставим один щуп тестера, другие ножки – это разные диоды, на них ставится другой щуп.

Можно ли его заменить на другой тип? В некоторых случаях диоды Шоттки меняют на обычные германиевые. К примеру, Д305 при токе 10 ампер давал падение всего 0,3 вольта, а при токах 2–3 ампера их вообще можно ставить без радиаторов. Но главная цель установки Шоттки – это не малое падение, а низкая емкость, поэтому заменить получится не всегда.

Как видим, электроника не стоит на месте, и дальнейшие варианты применения быстродействующих приборов будет только увеличиваться, давая возможность разрабатывать новые, более сложные системы.

Источник: https://electricvdele.ru/elektrooborudovanie/komponenty/diod-shottki.html

Принцип работы диода Шоттки, что такое диод Шоттки

Что такое диод Шоттки? Это полупроводниковый элемент, название которого соответствует фамилии знаменитого физика и изобретателя, работавшего в Германии. Специфика диода Шоттки заключается в минимальном снижении напряжения.

Эта низкая динамика наблюдается при прямом введении компонента в цепь.

На практике используется при обратном напряжении с небольшими значениями (в среднем 3-10В), при возможности применять в промышленности с гораздо большими величинами значение может достигать до 1200В.

Внешний вид

Работа в ИБП

Подобные элементы очень широко используются в импульсных схемах, в приборах для стабилизации напряжения, а также в блоках питания. Преимущественно выбираются сдвоенные элементы, имеющие в одном корпусе общий катод.

Использование в ИБП сдвоенного диода Шоттки с общим катодом является признаком высокого качества и надежности блока питания.

При этом сгоревший элемент относится к частым и типовым неисправностям импульсного устройства. Нерабочее состояние возникает при:

• утечке на корпус;
• электроприборе.

Встроенная защита приводит к блокировке ИБП в обоих случаях. При утечке возможно присутствие незначительных нестабильных пульсаций напряжения на выходе, а также слабые «подергивания» вентилятора. В случае пробоя напряжения в блоке питания полностью исключены. Так можно определить вероятную причину нерабочего состояния диода Шоттки, но для окончательного решения понадобится диагностика.

Для диагностики следует выполнить шаги:

1. Выпаять элемент и схемы.
2. Осмотреть на предмет механических повреждений, присутствия следов разрушительных химических реакций.
3. Выполнить проверку мультиметром.

Проверка мультиметром

Отличие процедуры от диагностики обычных диодов заключается в необходимости демонтажа сборки или элемента, иначе проверить его состояние будет очень сложно. Утечку диагностировать сложнее.

При использовании типичного мультиметра может отображаться полная работоспособность элемента при работе прибора в режиме «диод». Потому лучше устанавливать режим «омметр» и заменить элемент при демонстрации сопротивления.

Показатель 5 кОм не устанавливает точно неисправность диода, но лучше считать его подозрительным и выполнить замену. Доступная стоимость диодов Шоттки позволяет сделать это практически в любой момент без особых трат.

Важно! Если для проверки работоспособности диода Шоттки используется типовой мультиметр, нужно учитывать указанный сбоку показатель электротока.

|Диод Шоттки, лекция|

Применение

Отличительные особенности и принцип работы диода Шоттки обусловливают его широкое применение в быту и в промышленности. Кроме блоков питания компьютера, его часто можно встретить в схемах:

• бытовых электроприборов;
• стабилизаторов напряжения;
• во всем спектре радио- и телеаппаратуры;
• в другой электронике.

Подобные элементы используются в современных батареях и транзисторах, работа которых обеспечивается сенечной энергией.

Такое универсальное использование элемента связано с способностью полупроводникового диода с эффектом Шоттки во много раз усиливать работоспособность любого прибора и увеличивать его эффективность. Обратное сопротивление электротока восстанавливается, за счет чего он сохраняется в электрической сети. Потери динамики напряжения минимизируются. Также диод Шоттки вбирает несколько видов излучений.

Диод с барьером Шоттки — неприхотливый и простой элемент, обеспечивающий бесперебойную работу множества современных приборов. Доступный, надежный, отличается широкой сферой применения благодаря особенностям в своей конструкции.

|Зачем нужны диоды Шоттки|

Источник: https://principraboty.ru/princip-raboty-dioda-shottki-chto-tako-diod-shottki/

Общая информация и принцип работы

Диод Шоттки – диодное полупроводниковое изделие, которое при прямолинейном включении в цепь выдает малый показатель уменьшения напряжения. Состоит данный элемент из металла и полупроводника. Назван диод в честь известного немецкого физика-испытателя В. Шоттки, какой в 38 году 20 века изобрел его.

В промышленности применяется такой диод с ограниченным обратным напряжением – до 250 В, но на практике в бытовых целях для предотвращения движения тока в противоположную сторону применяются в основном низковольтные варианты – 3-10В.

Диоды Шоттки можно разделить на 3 класса по мощностным характеристикам:

• высокомощные;
• среднемощные;
• маломощные.

Диод с барьером Шоттки (более точное наименование изделия) состоит из проводника, для контакта с каким используется металл, кольца защиты и пассивации стеклом.

Структура диода с барьером Шоттки 1N5817

В тот момент, когда по электроцепи проходит ток, в разных участках корпуса по всей области полупроводникового барьера и на защитном кольце собираются отрицательные и положительные заряды, что приводит к возникновению электрополя и выделению тепловой энергии – это большой плюс диода для многих физических опытов.

Диодные сборки этого типа могут выпускаться в нескольких вариациях:

• диоды Шоттки с общим анодом;
• диодные изделия, имеющие вывод с общего катода;
• диоды, собранные по схеме удвоения.

Технические характеристики популярных модификаций диодов Шоттки

НаименованиеПредельное обратное пиковое напряжениеПредельный выпрямительный электротокПиковый прямой электротокПредельный обратный электротокПредельное прямое напряжение

Ед. измерения	В	А	оС	А	µА	В
1N5817	20	1	90	25	1	0,45
1N5818	30	1	90	25	1	0,55
1N5819	40	1	90	25	1	0,6
1N5821	30	3	95	80	2	0,5
1N5822	40	3	95	80	2	0.525

Габаритные размеры диодных сборок типа Шоттки серии 1N5817

Различия от иных полупроводников

Диоды Шоттки различаются от иных диодных изделий тем, что имеют преграду в виде перехода – полупроводник-металл, характеризующийся односторонней электропроводностью. Металлом в них могут выступать кремний, арсенид галлия, реже могут использоваться соединения германия, вольфрама, золота, платины и прочие.

Работа этого электронного компонента будет полностью зависеть от выбранного металла. Чаще всего в таких конструкциях встречается кремний, так как отличается большей надежностью и отличными рабочими характеристиками на высоких мощностях. Могут также использоваться соединения галлия и мышьяка, германия. Производственная технология этого электронного изделия проста, что обуславливает его низкую стоимость.

Изделие Шоттки характеризуется более стабильным функционированием при подаче электротока, чем прочие типы полупроводниковых диодов. Достигается это за счет того, что в его корпус внедряются специальные кристаллические образования.

Достоинства и недостатки

Вышеописанные диоды имеют некоторые достоинства, которые заключаются в следующем:

• электроток отлично удерживается в цепи;
• небольшая емкость барьера Шоттки увеличивает срок службы изделия;
• низкое падение электронапряжения;
• быстродействие в электроцепи.

Самым же существенным недостатком компонента является огромный обратный ток, что даже при скачке этого показателя в несколько единиц приводит к выходу диода из строя.

Обратите внимание! При эксплуатации электроэлемента Шоттки в цепях с мощным электротоком при неблагоприятных условиях теплового обмена случается теплопробой.

Диод Шоттки: обозначение и маркировка

Диод Шоттки на электросхемах обозначается практически точно так же, как и обычные полупроводники, но с некоторыми особенностями.

Условные графические обозначения основных полупроводников и диодов, в том числе диода с барьером Шоттки

Стоит отметить, что на схемах могут встречаться и сдвоенные варианты диода Шоттки. Представляет собой такая конструкция два соединенных диода в общем корпусе, имеющие спаянные катоды или аноды, что ведет к образованию трех выводов.

Внешний вид и обозначение сдвоенного диода Шоттки с общим катодом

Маркировка таких элементов проставляется сбоку в виде букв и символов. Каждый производитель осуществляет маркирование своих изделий по-своему, но выполняя определенные международные стандарты.

Важно! Если буквенно-цифирное обозначение на корпусе диода не понятно, то рекомендуется смотреть расшифровку в радиотехническом справочнике.

Область применение

Применение диодных конструкций с барьером Шоттки можно встретить во многих приборах и электротехнических структур. Наиболее часто они применяются на электросхемах в следующей технике:

• электроприборы для дома и компьютеры;
• блоки питания различного типа и стабилизаторы напряжения;
• теле,- и радиоаппаратура;
• транзисторы и батареи, работающие от солнечной энергии;
• прочая электроника.

Столь широкая область применения связана с тем, что такой электротехнический элемент увеличивает многократно эффективность и работоспособность конечного изделия, восстанавливает обратное сопротивление электротока, сохраняет его в электросети, снижает численность утерь динамики электронапряжения, а также вбирает в себя довольно много различного типа излучений.

Диагностирование диодов Шоттки

Проверить исправность электроэлемента Шоттки несложно, однако для этого потребуется некоторое время. Для диагностики неисправностей необходимо проделать нижеследующее:

1. Из электросхемы или диодного моста требуется изначально выпаять интересующий элемент;
2. Провести визуальный осмотр на возможные механические повреждения, наличие следов химических и прочих реакций;
3. Проверить диод тестером или мультиметром;
4. Если проверка проводится мультиметром, то необходимо после его включения подвести щупы к концам катода и анода, в итоге прибор выдаст реальное напряжение диодной сборки.

Важно! При проведении проверочных мероприятий мультиметром, следует учитывать электроток, который обычно указан сбоку изделия.

Схема проверки диодной сборки Шоттки посредством мультиметра

Итогом этих простых действий станет установление технического состояния полупроводника. Неисправным же диод может стать по следующим причинам:

1. При возникновении пробоин элемент Шоттки перестает удерживать электроток, соответственно из полупроводника превращается в проводника;
2. Когда в диодном мосту или самом диодном элементе случается обрыв, то пропуск электротока прекращается вообще.

Стоит отметить, что при таких происшествиях не будет видно ни дыма, ни запаха гари, соответственно, проверять потребуется все диоды, а лучше всего обратиться в специализированные мастерские.

Диод Шоттки – простой и неприхотливый, но в то же время крайне необходимый элемент в современной электронике, так как именно благодаря ему удается обеспечить бесперебойную работу многих приборов и технических изделий.

Источник: https://elquanta.ru/teoriya/diod-shottki.html

Диоды Шоттки в низковольтных светодиодных лампах Е27 (12, 24, 36 вольт)

В первичной (входной) цепи драйверов наших используются выпрямительные диоды с барьером Шоттки, имеющие структуру металл-полупроводник.

Фотография драйвера низковольтной светодиодной лампы с диодами Шоттки (кликните картинку для увеличения)

Их применение обусловлено многими задачами, основными из которых являются:

1. повышение экономичности (эффективности) драйвера и лампы в целом;
2. защита последующих деталей и цепей от перенапряжения.

Данные диоды, как и любые другие радиоэлементы, обладают как неоспоримыми достоинствами, так и некоторыми недостатками. Познакомим вас с некоторыми из них.

Достоинства диодов Шоттки

По сравнению с обычным p-n-переходом, у таких диодов меньшее прямое падение напряжения (примерно на 0,2 Вольт), тогда как обычные кремниевые диоды имеют прямое падение напряжения около 0,6 – 0,7 Вольт.

За счет этого свойства применение диодов Шоттки в выпрямителях позволяет уменьшить потери электроэнергии в приборе примерно на 10-15%. Но нужно учитывать, что столь малое прямое падение напряжения присуще диодам Шоттки с максимальным обратным напряжением до 100-150 вольт.

При обратных напряжениях, существенно превышающих эти величины, прямое падение становится сопоставимым с показателями кремниевых диодов, что нивелирует целесообразность применения диодов Шоттки.

Благодаря малым емкостям p-n перехода, выпрямители, выполненные на диодах Шоттки, отличаются от обычных диодных выпрямителей пониженным уровнем помех, что делает их использование в импульсных блоках питания аналоговой и цифровой аппаратуры максимально технически обоснованным, а, зачастую, просто необходимым.

Недостатки диодов Шоттки

При кратковременном превышении максимального обратного напряжения диод Шоттки с необратимостью выходит из строя.

В отличие от них, обычные кремниевые диоды в аналогичных ситуациях переходят в режим обратного пробоя и, при условии некритического нагрева, после падения напряжения восстанавливают свои рабочие характеристики.

Это, на первый взгляд неудобное свойство диодов Шоттки используется в наших низковольтных светодиодных лампах Е27 как положительное, так как эти диоды, расположенные на входе цепей лампы, защищают все остальные, более дорогостоящие элементы от выхода из строя.

Диоды Шоттки, благодаря их физическим параметрам, легко удаляются с платы поверхностного монтажа драйвера пайкой и заменяются новыми. Таким образом, наши низковольтные светодиодные лампы Е27 являются ремонтопригодными, что позволяет экономить немалые денежные средства в случае выхода их из строя вследствие случайных ошибок или техногенных факторов, повлекших перенапряжение в питающей цепи.

Замечания по гарантии

Из вышесказанного следует, что выгорание диодов Шоттки на входном диодном мосту драйвера однозначно указывает на включение светодиодной лампы в электросеть с напряжением, превышающим разрешенную величину, и, поэтому, не может являться гарантийным случаем.

В сравнении с обычными кремниевыми диодами, диоды Шоттки характеризуются повышенными обратными токами, увеличивающимися с ростом температуры кристалла. У некоторых низковольтных диодов обратный ток может превышать величину в сотни миллиампер.

При плохо организованном теплоотводе положительная обратная связь по тепловым возмущениям в диоде Шоттки приводит к его критическому перегреву.

Именно поэтому мы рекомендуем с осторожностью использовать наши низковольтные лампы в помещениях с повышенной температурой, таких как финские сауны и иные высокотемпературные парные и напоминаем, что гарантия не действует при такой эксплуатации светодиодных ламп. Это правило распространяется на всё светодиодное оборудование, а не только на низковольтные светодиодные лампы.

Источник: https://www.tauray.ru/articles/e27-12v-24v-36v-diod-shotki.html

SiC-диоды Шоттки в корректорах коэффициента мощности

Повышение эффективности путем использования высоковольтных SiC-диодов в повышающих преобразователях ККМ может применяться для увеличения выходной мощности и частоты переключения с целью снижения габаритов изделия или повышения его надежности. В то же время использование SiC-диодов Шоттки позволяет уменьшить EMI.

Активные корректоры коэффициента мощности(ККМ, или PFC) широко используются в современных источниках питания. Государственные стандарты и требования заказчиков должны быть удовлетворены путем грамотного проектирования этих схем. Все чаще эффективность преобразования и плотность мощности являются доминирующими задачами при разработке типовых АС/DC-преобразователей.

Проектировщики стремятся ускорить процесс проектирования и одновременно исключить риски. Несмотря на успешное появление новых элементов на полупроводниковом рынке, не всегда понятно, какие преимущества следует от них ожидать или какие выгоды можно получить в конкретном приложении.

Часто дизайнеру приходится изменять конструкцию изделия, чтобы полностью реализовать преимущества полупроводников следующего поколения. Инженеры хотят прикладывать меньше усилий. В последние годы была проведена большая работа по созданию полупроводниковых приборов на основе новых перспективных материалов.

Карбидокремниевые (SiC) диоды Шоттки стали первыми из них, и несомненно, что в будущем появится много новых силовых модулей на основе этого уникального материала.

Общие сведения о ККМ

На уровнях мощности выше примерно 200 Вт большинство активных ККМ представляют собой повышающий преобразователь в режиме непрерывной проводимости (CCM).

Очевидно, что конвертеры в режиме критической и прерывистой проводимости работают в условиях больших пиковых перепадов токов, поскольку ток дросселя падает до нуля в каждом цикле переключения. На рис.

1 показаны три основных режима проводимости повышающего преобразователя. Режим ССМ не только ограничивает пиковую токовую нагрузку, но также упрощает фильтрацию.

Наряду с преимуществами, у режима ССМ есть и определенные недостатки. Наиболее заметными из них являются большие потери и генерация EMI, что связано с выключением бустерного диода. На рис.

2 показаны типовые эпюры токов MOSFET и диода в повышающем ССМ-преобразователе, использующем сверхбыстрый высоковольтный кремниевый выпрямитель. Обратите внимание на то, что ток обратного восстановления диода добавляется к току стока MOSFET.

Это приводит к значительному росту рассеиваемой мощности транзистора наряду с увеличением EMI.

Очевидно, что существуют области, где можно добиться улучшения эффективности. Рассмотрим схему ККМ, передающего мощность 400 Вт при входном напряжении 90 В (АС) и выходном напряжении 400 В.

Средний выходной ток составляет 1 А, средний входной ток — 4,94 А; таким образом, средний шунтовой ток будет 3,94 А. Это позволяет сделать вывод, что входной или шунтовой токовый путь является лучшим местом для улучшения эффективности.

При этом не совсем понятно, как улучшения в шунтовой цепи можно обеспечить с помощью выходного диода.

Обратившись к рис. 2, мы видим, что восстановление стандартного ультрабыстрого кремниевого (Ultrafast Si) диода создает большой всплеск тока, который должен быть рассеян в шунтовой цепи. Этот скачок может быть даже больше, чем прямой ток диода. Кроме того, этот обратный ток, как и сопротивление открытого канала MOSFET, увеличивается с ростом температуры, что может привести к тепловому пробою.

Компания Cree разработала линейку высоковольтных SiC-диодов Шоттки с диапазоном токов 1–20 А при напряжении 600 В, 10–20 А при напряжении 300 В и 5–20 А при напряжении 1200 В. Диоды с напряжением 600 В хорошо подходят для ККМ типа front-end.

Карбид кремния относится к полупроводниковым материалам с большой шириной запрещенной зоны. Эта характеристика делает его оптимальным вариантом для создания высоковольтных диодов Шоттки.

Кроме того, большинство преимуществ SiС- относительно Si-приборов усиливается с ростом температуры.

Вопросы эффективности

Главным преимуществом SiC-диодов Шоттки является отсутствие тока восстановления, SiC SBD имеют только небольшой накопленный емкостной заряд. Благодаря исключению тока восстановления, эпюры переключения имеют четкие границы, уменьшается «звон» и уровень предсказуемых потерь.

Зачастую снабберы, используемые для ограничения тока обратного восстановления и снижения EMI, при этом могут быть устранены. Эффективность — это только одна цель, которую преследует разработчик источника питания. Должны также учитываться стоимость, вес, габариты и электрические характеристики, и правильный дизайн устройства может помочь в достижении этих целей.

Кроме того, более эффективная конструкция снижает требования к теплоотводу, что также позволяет снизить размеры, вес и стоимость.

Повышение эффективности дает возможность увеличить выходную мощность устройства без изменения его конструкции. При той же мощности это позволяет снизить требования к системе охлаждения. В конечном итоге это ведет к повышению надежности системы. Таким образом, на самом деле все наши рассуждения посвящены только эффективности.

Чтобы продемонстрировать возможные преимущества SiC, был разработан и протестирован ККМ типа front-end мощностью 500 Вт. Были измерены его характеристики при использовании Ultrafast Si-диодов и Cree SiC-диодов Шоттки.

Хотя повышение эффективности часто является основной целью разработки, оно может быть использовано для улучшения других характеристик устройства. В частности, это позволяет увеличить частоту коммутации при сохранении прежнего КПД. Повышение частоты дает возможность снизить габариты и вес блока питания.

Для оценки этой возможности был разработан и протестирован второй преобразователь, работающий на высокой частоте.

Основные характеристики конвертера ККМ типа front-end:

• входное напряжение 90–270 В (АС);
• выходная мощность 500 Вт;
• выходное напряжение 390 В.

Подобная конструкция ККМ является типовой для источников питания, предназначенных для рынка серверов. На рис. 3 показана кривая эффективности конвертера ККМ, измеренная на частоте 80 кГц при низком входном напряжении. Преобразователь предназначен для работы в режиме СCМ с пиковым током пульсаций 15% при малом значении Vin.

На графике видны улучшения, полученные при использовании SiC-диода. Наибольший КПД наблюдается при максимальной нагрузке, увеличение достигает 2%. Это является прямым результатом снижения токов восстановления, которые максимальны в Si-диоде при больших нагрузках. Для сравнения: заряд восстановления SiC-диода не зависит от прямого тока.

На рис. 4 дано сравнение токов обратного восстановления. Обратите внимание на небольшой обратный ток на эпюре SiC-диода Шоттки, причиной которого является заряд емкости перехода. Очень важно,что этот ток является абсолютно температурно-независимым. Ток обратного восстановления Si-диода, как и сопротивление открытого канала MOSFET, растет с увеличением температуры. Этот рост приводит к увеличению потерь переключения и, в предельном случае,к тепловому пробою.

Также отметим, что скорость изменения тока диода (di/dt) составляет около 1500 А/с. Процесс восстановления SiC-диода Шоттки не зависит от di/dt. В некоторых публикациях ставится под сомнение устойчивость выпрямителей SiC-диодов Шоттки к dV/dt.

В [4] указано, что отказ SiCдиода происходит при подаче одиночного импульса с dV/dt выше 55 В/нс. В противоположность этому на рис. 5 показан процесс выключения диода Cree ZERO RECOVERY в исследуемом конвертере с перепадом напряжения 67 В/нс.

В таком режиме источник питания проработал много часов без проблем.

На рис. 6 можно видеть процесс выключения SiC-диода Шоттки и быстрого Si-диода. Смещение сигнала и момент коммутации сдвинуты для наглядности. Эпюры демонстрируют преимущества «нулевого» восстановления. Отсутствие тока восстановления у SiC-диода обусловливает значительно меньший уровень шумов, что приводит к снижению генерации EMI.

На рис. 7 показано рассеяние энергии в MOSFET-ключе, вызванное восстановлением тока бустерного диода. Потери Si-диода составляют 79,9 мкДж, что соответствует мощности рассеяния 6,4 Вт при 80 кГц и 16 Вт при 200 кГц. Сравните это с данными, полученными при использовании SiC-диодов: 8,9 мкДж или 0,7 Вт при 80 кГц и 1,75 Вт при 200 кГц. Снижение потерь включения составляет почти 90%.

Высокочастотный режим работы

Как отмечалось ранее, повышение эффективности может быть использовано для повышения частоты переключения силовой системы. Основные цели разработки остаются такими же, как и при проектировании исходного устройства на Si-приборах, а общая частота переключения поднята до точки, в которой КПД обоих устройств одинаков. Увеличение рабочей частоты позволяет уменьшить размеры бустерного индуктора, а также других коммутируемых реактивных элементов.

Сюрпризом может стать возможность снизить размеры входного EMI-фильтра. Большинство таких фильтров, предназначенных для низкочастотных схем ККМ, требуют применения дополнительной дифференциальной индуктивности, чтобы обеспечить затухание на частотах ниже частоты переключения. В отличие от этого в высокочастотных фильтрах индуктивности рассеяния синфазных индукторов зачастую достаточно для обеспечения низкочастотной фильтрации в диапазоне намного ниже рабочей частоты.

Задача увеличения частоты переключения до получения эффективности, аналогичной с кремнием, была решена ценой нескольких проб и ошибок. На более высоких частотах конструкция бустерного индуктора и высокочастотных компонентов фильтра должна быть изменена. Это, в свою очередь, влияет на эффективность. Цель была достигнута, когда эффективность нового конвертера приблизилась к КПД прибора оригинальной конструкции.

Таблица 1. Характеристики низкочастотной (Si) и высокочастотной (SiC) конструкции.

80 кГц	200 кГц	Разница
Площадь РСВ м2	154,1	95,5	-38%
Объем, см3	782,8	485,1	-38%
Масса, г	521,6	294,8	-44%
Плотность мощности, Вт/см3	0,64	1,03	61%

На рис. 8 показаны фотографии окончательных вариантов двух ККМ-преобразователей. Видно, что достигнуто значительное уменьшение размеров нового блока. В таблице 1 перечислены основные сравнительные характеристики низкочастотного и высокочастотного устройства.

Новый конвертер не только более компактный, его вес на 44% меньше, чем у низкочастотного преобразователя.

Цель работы состояла в проектировании ККМ типа front-end, обеспечивающего повышение эффективности за счет использования SiC-диода Шоттки и увеличения частоты коммутации.

На рис. 9 показан КПД конвертера, работающего на частоте 80 кГц и созданного с использованием Ultrafast Si-диода, а также преобразователя с бустерным SiC-диодом и частотой коммутации 200 кГц.

Кривые, представленные на рисунке, практически совпадают, хотя Si-диод более эффективен при небольшой нагрузке, а SiC-диод Шоттки имеет небольшое преимущество на средних и высоких нагрузках. Сегодня использование высоких частот коммутации в DC/DC-конвертерах становится обычным делом.

Благодаря очевидным достоинствам SiC-технологии конвертеры ККМ могут получить некоторые дополнительные преимущества от повышения рабочей частоты.

При тщательном электротехническом проектировании и грамотной разводке печатных плат повышение рабочей частоты не только целесообразно, но и улучшает общую производительность системы. Использование ККМ-конвертеров типа front-end и DC/DC преобразователей на высокой частоте создает возможность для синхронного режима работы. Такой режим с использованием метода модуляции по фронтам позволяет уменьшить генерацию EMI и снизить пульсирующие токи в высоковольтном конденсаторе.

Литература

1. Agarwal A., Singh R. et al. 600V, 1-40A Schottky Diodes in SiC and Their Applications.
2. Spiazzi G., Buso S. et al. Performance Evaluation of a Schottky SiC Power Diode in a Boost PFC Application // Power Electronics Specialist Conference Proc. Cairns, Queensland, Australia. June 23–27, 2002.
3. Ben-Yaakov A. and Zeltser I. Benefits of Silicon Carbide Schottky Diodes in Boost APFC Operating in CCM // Power Conversion and Intelligent Motion. Nuremberg, 2001.
4. Acharya K. and Shenai K. On the dV/dt Rating of SiC Schottky Power Rectifiers // Proc. Power Electronics Technology Conference. October, 2002.

Автор

Стюарт Ходж-младший(Stuart Hodge Jr.)

Перевод

Валерия Смирнова — продакт-менеджер компании Макро Групп. [email protected]

Статья была опубликована в журнале «Силовая электроника», № 4’2017.

Источник: https://www.macrogroup.ru/sic-diody-shottki-v-korrektorah-koefficienta-moshchnosti

Диод шоттки: принцип работы, зачем он нужен

Диод Шоттки, принцип работы которого мы опишем сегодня, является очень удачным изобретением немецкого ученого Вальтера Шоттки. В его честь устройство и было названо, а встретить его можно при изучении самых разных электрических схем. Для тех, кто еще только начинает знакомиться с электроникой, будет полезным узнать о том, зачем его используют и где он чаще всего применяется.

Что это такое

Это полупроводниковый диод с минимальным падением уровня напряжения во время прямого включения. Он имеет две главные составляющие: собственно, полупроводник и металл.
Как известно, допустимый уровень обратного напряжения в любых промышленных электронный устройствах составляет 250 В. Такое U находит практическое применение в любой низковольтной цепи, препятствуя обратному течению тока.

Структура самого устройства несложна и выглядит следующим образом:

• полупроводник;
• стеклянная пассивация;
• металл;
• защитное кольцо.

При прохождении электрического тока по цепи положительные и отрицательные заряды скапливаются по всему периметру устройства, включая защитное кольцо. Скопление частиц происходит в различных элементах диода. Это обеспечивает возникновение электрического поля с последующим выделением определенного количества тепла.

Отличие от других полупроводников

Главное его отличие от других полупроводников состоит в том, что преградой служит металлический элемент с односторонней проводимостью.

Такие элементы изготавливают из целого ряда ценных металлов:

• арсенида галлия;
• кремния;
• золота;
• вольфрама;
• карбида кремния;
• палладия;
• платины.

От того, какой металл выбирается в качестве материала, зависят характеристики нужного показателя напряжения и качество работы электронного устройства в целом. Чаще всего применяют кремний — по причине его надежности, прочности и способности работать в условиях большой мощности. Также используется и арсенид галлия, соединенный с мышьяком, либо германий.

Сфера применения

Диод Шоттки может включать в себя любой аккумулятор.

Он входит в устройство солнечной батареи. Солнечные панели, которые уже давно успешно работают в условиях космического пространства, собираются именно на основании барьерных переходов Шоттки. Такие гелиосистемы устанавливаются на космических аппаратах (спутниках и телескопах, проводящих работу в жестких условиях безвоздушного пространства).

Устройство незаменимо при работе компьютеров, бытовой техники, радиоприемников, блоков электропитания. При правильном использовании диод Шоттки увеличивает производительность любого устройства, предотвращает потери тока. Он способен принимать на себя альфа-, бета- и гамма-излучение. Именно поэтому он незаменим в условиях космоса.

С помощью такого устройства можно осуществить параллельное соединение диодов, используя их в качестве сдвоенных выпрямителей. Таким образом можно объединить межлу собой два параллельных источника питания. Один корпус включает в себя два полупроводника, а концы положительного и отрицательного зарядов связываются друг с другом. Есть и более простые схемы, где диоды Шоттки очень малы. Это характерно для очень мелких деталей в электронике.

Диод Шоттки является незаменимым элементом во многих электронных устройствах. Главное — понимать специфику его работы и использовать его корректно.

Источник: https://batteryk.com/diod-shottki-printsip-raboty