Parus16.ru

Парус №16
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

ДИОД ШОТТКИ

ДИОД ШОТТКИ

Сегодня тема нашего обзора — диод Шоттки. Тема познавательная и напечатана специально для начинающих радиолюбителей. В современных радиосхемах очень часто встречается термин — Диод «Шоттки», так давайте узнаем, что же он из себя представляет. Диод шоттки — это полупроводниковый диод выполненный на основе контакта металл-полупроводник. Назван в честь Вальтера Шоттки. Схематическое изображение диода шоттки похоже на обычный диод с некоторыми незначительными отличиями.

ДИОД ШОТТКИ - обозначение

Вместо п-н перехода, в диодах шоттки в качестве барьера используют металл — полупроводник, в области этого перехода возникает потенциальный барьер — барьер шоттки, изменение высоты которого приводит к изменению протекания тока через прибор. Самая главная особенность диодов Шоттки — это низкий уровень падения прямого напряжения после перехода, отсутствие заряда обратного восстановления. На основе барьера Шоттки изготавливают в частности быстродействующие и ультрабыстрые диоды, они служат главным образом как СВЧ диоды различного назначения.

ДИОД ШОТТКИ - структура

Структура диода: 1 — полупроводниковая подложка; 2 — эпитаксиальная плёнка; 3 — контакт металл — полупроводник; 4 — металлическая плёнка; 5 — внешний контакт.

ДИОД ШОТТКИ - конструкция

Такой диод позволяет получать нужную высоту потенциального барьера, посредством выбора нужного металла, очень низкий уровень высокочастотных шумов, что дает возможность применить диод Шоттки в импульсных блоках питания и в цифровых аппаратурах. Диоды Шоттки применяют также как приемники излучения, модулятор света, нашли широкое применение в солнечных батареях. Среди недостатков данных типов диода стоит отметить чувствительность к обратным значениям тока и напряжения, из — за чего диод может перегреться и выйти из строя.

Мощные ДИОДЫ ШОТТКИ

Работает в температурном диапазоне от — 65 до плюс 160 градусов по цельсию, допустимое обратное напряжение промышленных диодов Шоттки ограничено 250 вольт. Такая деталь сегодня стала незаменимым полупроводниковым прибором. Диоды Шоттки также выпускаются в SMD корпусах. Чаще всего они встречаются в стеклянном, пластмассовом и металлическом корпусе. Автор — АКА.

Форум по обсуждению материала ДИОД ШОТТКИ

Простой переходник для корпусов TQFP с самоцентрированием микросхемы, собранный своими руками.

Ещё один самодельный стереоусилитель на TDA2030, TDA2050, TDA2040 или LM1875T, с возможностью мостового включения.

Изучим различные типы стабилизаторов напряжения — от простых схем на стабилитроне, до транзисторных и микросхемных.

Схема простого кварцованного передатчика FM диапазона на мощность до 0,2 Вт, при питании от 12 В.

Диоды Шоттки для управления питанием

Выбор диода Шоттки для DC/DC-преобразователя является не таким простым, как кажется с первого взгляда. Неправильно подобранный диод снижает не только эффективность преобразователя, но и его надёжность из-за собственного перегрева.

Введение
Любому асинхронному DC/DC-npeобразователю требуется так называемый антипараллельный (freewheeling) диод. Чтобы оптимизировать общую эффективность решения, в качестве такого диода обычно выбирают диод Шоттки, основная особенность которого — малое падение напряжения при прямом включении. Во многих случаях разработчики используют диод, рекомендованный программой, при помощи которой происходит расчёт преобразователя. Такой подход не всегда является оптимальным. Более того, если в программе не учитывается динамическая связь между тепловыми параметрами и током утечки, вполне вероятно, что реальные рабочие характеристики устройства будут значительно отличаться от тех, которые получены в результате анализа или моделирования. В этой статье обсуждаются некоторые типичные параметры, которые необходимо проверить, чтобы правильно выбрать диод, а также объясняется, как с помощью этих параметров быстро убедиться в том, что выбранный диод будет должным образом выполнять свою функцию.

Читайте так же:
Журнал историй в компьютере

Проверка потерь
На рис. 1 приведена базовая блок-схема асинхронного DC/DC-преобразователя с пошаговым понижением напряжения. D1 и есть требуемый диод Шоттки. Слева показан ток при замкнутом переключателе S1 (интервал времени T1), справа — при разомкнутом переключателе S1 (интервал времени Т2).

Рис. 1. Базовая блок-схема асинхронного DC/DC-преобразователя

В интервале Т2 через диод D1 протекает выходной ток (Iout). Потери непосредственно связаны с прямым напряжением (Vfw) диода D1 и выходным током:

Естественно, мы хотим снизить напряжение Vfw до минимума, чтобы ограничить потери и выделение тепла.

В интервале Т1 диод D1 находится в закрытом состоянии. Через него течёт только обратный ток. Этот ток относительно мал и в основном определяется блокирующим или входным напряжением Vin. Результирующие потери мощности на диоде за время Т1, которые мы обозначили РТ1, можно приближенно оценить как:

В процессе проектирования для любого диода Шоттки принимается компромиссное решение. Устройство оптимизируется таким образом, чтобы достичь либо низкого значения напряжения Vf, либо низкого значения тока утечки Ir. Оптимизировать оба параметра одновременно невозможно. Итак, когда мы стремимся получить низкое напряжение Vf, всё заканчивается повышением тока Ir, и наоборот. При разработке реального приложения важно принимать во внимание не только значения Vf или Iг, но и их поведение во время работы устройства. И Vf, и Ir зависят от температуры. С ростом температуры Vf снижается, реально сокращая рассеяние тепла при нагревании диода. Однако, и это часто крайне нежелательно, ток Ir при повышении температуры нарастает. Поэтому чем выше температура диода, тем больше ток утечки и больше внутренние потери мощности, соответственно, диод нагревается ещё больше, при этом ток утечки увеличивается, и т.д.

Возьмём, к примеру, проектирование обычного асинхронного DC/DC-преобразователя: можно провести базовый анализ, чтобы определить внутреннее рассеяние мощности диода и температуру, которую будет иметь готовое устройство. Рабочий коэффициент заполнения DC/DC-преобразователя определяется как отношение выходного напряжения к входному (DC = Vout/Vin). Чем ниже значение этого отношения, тем больше величина интервала Т2 и тем существеннее вклад потерь РТ2 в общие потери мощности диода. И наоборот, увеличение Т1 (или отношения Vout к Vin) снижает вклад потерь РТ2 в общие потери мощности и повышает вклад потерь РТ1.

Рассмотрим два DC/DC-преобразователя, оба с входным напряжением 24 В, выходное напряжение одного из них 18 В, а другого — 5 В. Вычислив отношение Vout к Vin, мы получим коэффициент заполнения и сможем рассчитать общие потери мощности в диоде, используя значения Vf и Ir из спецификации. Затем на основе общего рассеяния мощности найдём результирующую температуру диода и реальные значения Vf и Ir при этой температуре. И наконец, по вычисленной температуре диода пересчитаем внутренние потери мощности. Для повышения точности такую итерационную процедуру можно повторить несколько раз, однако чтобы получить общую оценку, а также найти компромисс между Vf и Ir, достаточно одной итерации.

Читайте так же:
Ибп fsp dpv 1000

Расчёты температуры устройства проводятся с использованием основных температурных зависимостей, аналогичных формулам, связывающим напряжение, ток и сопротивление. Если известно внутреннее рассеяние мощности в устройстве (Ptot), то, умножив это значение на общее тепловое сопротивление на границе р-п-переход-среда (Rtja), вычислим повышение температуры на переходе устройства. Добавив к этому значению температуру окружающей среды, получим окончательное значение температуры на p-n-переходе устройства при конкретном значении рассеяния мощности и температуры окружающей среды.

Рис. 2. Расчётная температура диодов Шоттки в DC/DC-преобразователях с различным выходным напряжением

На рис. 2 результаты нашего анализа представлены в виде графика. В данном примере расчётов использовались диоды PMEG3050BEP (оптимизирован по низкому значению Ir) и PMEG3050EP (оптимизирован по низкому значению Vf). Выходной ток изменялся в пределах от 1 до 3 А. Сравнение температуры проведено для диодов двух типов: с низким значением Vf и с низким значением Ir. Начальная температура предполагалась равной 25°С. Ta — расчётное значение температуры после первой итерации, Ть — после второй итерации. Слева приведены результаты для DC/DC-преобразователя с выходным напряжением 5 В, справа — с выходным напряжением 18 В (в обоих случаях входное напряжение составляло 24 В). В расчётах температуры использовалось базовое значение Rtja, равное 200 К/Вт, затем делались поправки с учётом коэффициента заполнения. В спецификациях диодов Шоттки приведены кривые температурных характеристик переходных процессов, позволяющие разработчикам определить реальное тепловое сопротивление при импульсных токах с конкретными коэффициентами заполнения (тепловые характеристики для импульсных токов короткой длительности оказываются лучше, чем для постоянных токов). Обратим внимание на то, что общее тепловое сопротивление конкретного диода в любом приложении зависит от множества факторов, наиболее важным из которых является компоновка печатной платы.

Из рис. 2 видно, что в обоих случаях при температуре Ть, полученной после второй итерации, диод с низким напряжением Vf начинает нагреваться. Механизм этого явления состоит в том, что для данного тока диод нагревается из-за потерь мощности за промежуток времени Т2 (РТ2). По мере того как температура повышается, ток утечки Ir увеличивается, а прямое напряжение Vf снижается. Однако Ir растёт намного быстрее, чем снижается Vf. В результате общее тепловое рассеяние диода быстро возрастает. При более высоких выходных токах потери РТ2 оказываются выше, значение РТ1 растёт быстрее, поэтому наклон кривой становится круче.

Читайте так же:
Видеокарта geforce gt 640 2gb

Кроме того, мы видим, как влияет отношение выходного напряжения к входному. Левая часть графика соответствует DC/DC-преобразователю с выходным напряжением 5 В и с низким коэффициентом заполнения. Более низкое значение коэффициента заполнения означает более длительный промежуток T2, а значит, увеличение потерь РТ2. Следовательно, нагрев на начальном этапе происходит быстрее, соответственно, быстрее нарастает ток Ir и увеличиваются потери РТ1. В итоге при увеличении выходного тока температура диода повышается быстрее. При более высоких токах мы видим, что температура действительно выходит за пределы указанного рабочего диапазона. На графике справа благодаря более высокому выходному току (18 В) коэффициент заполнения существенно больше, что позволяет удержать под контролем потери РТ2. Диод нагревается меньше, а значит, меньше ток утечки Ir и потери РТ1 и, как следствие, меньше общее повышение температуры.

В целом можно сказать, что чем больше коэффициент заполнения (другими словами, чем ближе выходное напряжение к входному), тем лучше тепловое поведение диода. Так, например, если мы выполним расчёты, аналогичные вышеприведённым, то увидим, что преобразователь, изменяющий напряжение с 12 до 2,5 В, подвергает диод более высоким нагрузкам, чем преобразователь 12В-5В.

Температурный уход
Упомянутый ранее эффект повышения тока утечки Ir с ростом температуры может привести к общеизвестной проблеме — так называемому температурному уходу. Повышение температуры устройства провоцирует дальнейшее её повышение — и так до некоторого предела, после чего происходит разрушение компонента. Поэтому настоятельно рекомендуется проводить тщательную проверку любой схемы на предмет данного явления.

В настоящее время при проектировании силовых схем обычно используют моделирование. Для этого применяют либо стандартные инструментальные средства, либо общедоступные средства на базе веб-интерфейса. Обязательно проводите двойную проверку тепловых характеристик. Всегда существует вероятность того, что инструментальное средство использует некорректную тепловую модель диода, который предполагается установить в схему, или же тепловые параметры (в случае очень сложной платы) не согласуются с реальными параметрами проектируемой схемы. Кроме того, как уже должно быть ясно из данного обсуждения, не все диоды одинаковы, поэтому крайне нежелательно моделировать схему с «аналогичным» диодом, а затем предполагать, что её температурное поведение (и потому, возможно, электрическое поведение) будет таким же. Хотя это и не всегда удаётся реализовать на практике, рекомендуется всякий раз создавать прототипы для проверки правильности поведения.

Диод Шоттки

Дио́д Шо́ттки — полупроводниковый диод с малым падением напряжения при прямом включении. Назван в честь немецкого физика Вальтера Шоттки. В специальной литературе часто используется более полное название — Диод с барьером Шоттки.

В диодах Шоттки в качестве барьера Шоттки используется переход металл-полупроводник, в отличие от обычных диодов, где используется p-n-переход. Переход металл-полупроводник обладает рядом особенных свойств (отличных от свойств полупроводникового p-n-перехода). К ним относятся: пониженное падение напряжения при прямом включении, высокий ток утечки, очень маленький заряд обратного восстановления. Последнее объясняется тем, что по сравнению с обычным p-n-переходом у таких диодов отсутствует диффузия, связанная с инжекцией неосновных носителей, то есть они работают только на основных носителях, а их быстродействие определяется только барьерной ёмкостью.

Читайте так же:
Выберите определение компьютерного вируса

Диоды Шоттки изготавливаются обычно на основе кремния (Si) или арсенида галлия (GaAs), реже — на основе германия (Ge). Выбор металла для контакта с полупроводником определяет многие параметры диода Шоттки. В первую очередь — это величина контактной разности потенциалов, образующейся на границе металл-полупроводник. При использовании диода Шоттки в качестве детектора она определяет его чувствительность, а при использовании в смесителях — необходимую мощность гетеродина. Поэтому чаще всего используются металлы Ag, Au, Pt, Pd, W, которые наносятся на полупроводник и дают величину потенциального барьера 0,2…0,9 эВ.

Допустимое обратное напряжение выпускаемых диодов Шоттки ограничено 1200 вольтами (CSD05120 и аналоги), на практике большинство диодов Шоттки применяются в низковольтных цепях при обратном напряжении порядка единиц — нескольких десятков вольт.

Содержание

Свойства диодов Шоттки [ править | править код ]

  • Падение напряжения на диоде Шоттки при его прямом включении составляет 0,2—0,4 вольта, в то время как для обычных, например, кремниевых диодов, это значение порядка 0,6—0,7 вольта. Однако столь малое падение напряжения на диоде Шоттки при его прямом включении присуще только сериям с предельно-допустимым обратным напряжением порядка десятков вольт, тогда как у приборов с более высоким предельно-допустимым обратным напряжением становится сравнимым с прямым падением напряжения кремниевых диодов, что может ограничивать применение диодов Шоттки.
  • Теоретически диод Шоттки может обладать низкой электрической ёмкостью барьера Шоттки. Отсутствие p-n-перехода позволяет повысить рабочую частоту. Это свойство используется в логических интегральных микросхемах, где диодами Шоттки шунтируются переходы база-коллектор транзисторов. В силовой электронике малое время восстановления позволяет строить выпрямители на частоты в сотни кГц и выше. Например, у диода MBR4015 (предельно-допустимое обратное напряжение 15 В, предельно-допустимый прямой ток 40 А), предназначенного для выпрямления высокочастотного напряжения, время обратного восстановления равно 10 кВ/мкс [1] .
  • Благодаря указанным выше достоинствам, выпрямители на диодах Шоттки отличаются от выпрямителей на обычных диодах пониженным уровнем помех из-за отсутствия коротких импульсов, возникающих при запирании диода при обратном восстановлении, поэтому они предпочтительны для применения в аналоговых вторичных источниках питания.
  • Даже при кратковременном превышении максимально допустимого значения обратного напряжения диод Шоттки необратимо выходит из строя, в отличие от обычных кремниевых диодов с p-n переходом, которые переходят в режим обратимого [2]лавинного пробоя, и их структура не разрушается, если рассеиваемая кристаллом диода мощность не превышает допустимых значений. После снятия высокого обратного напряжения диод полностью восстанавливает свои свойства.
  • Диоды Шоттки характеризуются повышенными (относительно обычных кремниевых p-n-диодов) обратными токами, возрастающими с ростом температуры кристалла. Например, для прибора 30CPQ150 обратный ток при максимальном обратном напряжении изменяется от 0,12 мА при +25 °C до 6,0 мА при +125 °C. У низковольтных диодов в корпусах ТО220 обратный ток может превышать сотни миллиампер (MBR4015 — до 600 мА при +125 °C). Неудовлетворительные условия теплоотвода при работе диода Шоттки с высокими токами приводят к его тепловому пробою.
Читайте так же:
Болят глаза от компьютерных очков

Номенклатура диодов Шоттки [ править | править код ]

Диоды Шоттки часто входят составные в современные дискретные полупроводниковые приборы:

Тема: Простой трансформаторный БП 13,8В/20А (2)

Сообщение от UY3IG

  • Просмотр профиля
  • Сообщения форума
  • Личное сообщение
  • Записи в дневнике
  • Домашняя страница

Сообщение от UY3IG

Ни в коем случае не ставь эти диоды в 50герцовый выпрямитель, выгорят как семечки.
Холодней не станет, каким бы образом не был включен провод.
Я не понял а для какой такой цели нужно что бы трансформатор не грелся? Нормальный трансформатор обязан греться иначе он труп!
Потрогай руками ЛЮБОЙ импорный трансформатор, где бы он не стоял. Если не обожжёшь руку считай что он не включен в розетку. 60гр. не вижу проблем.

Добавлено через 7 минут(ы) :

Сообщение от UY3IG

  • Просмотр профиля
  • Сообщения форума
  • Личное сообщение
  • Записи в дневнике

Сообщение от Ф.Алексей

  • Просмотр профиля
  • Сообщения форума
  • Личное сообщение
  • Записи в дневнике
  • Домашняя страница

Сообщение от Сергей 12701

Я даже заморачиваться не хочу выяснением почему. Я два раза попробовал, выгорают. Хотите наступить на свои грабли да ради бога! Я так понял что непредназначены эти диоды для 50герц.
Я уже давно замечал такое например с диодами КД213 в высокачастотном блоке спокойно держат 10А на частоте 50гц при 1А. кипяток!

Добавлено через 7 минут(ы) :

Сообщение от UY3IG

  • Просмотр профиля
  • Сообщения форума
  • Личное сообщение
  • Записи в дневнике
  • Просмотр профиля
  • Сообщения форума
  • Личное сообщение
  • Записи в дневнике
  • Домашняя страница

Сообщение от Сергей 12701

  • Просмотр профиля
  • Сообщения форума
  • Личное сообщение
  • Записи в дневнике
  • Просмотр профиля
  • Сообщения форума
  • Личное сообщение
  • Записи в дневнике

Сообщение от UY3IG

  • Просмотр профиля
  • Сообщения форума
  • Личное сообщение
  • Записи в дневнике

Сообщение от Ф.Алексей

А, какой у Вас трансивер и какой ток потребляет при максимальной мощности? Я, так понимаю — 14 Вольт * 20 Ампер = 280 Ватт. Не будем принимать во внимание такую мелочь, как КПД трансформатора. В своё время, перемотал для зарядников несколько десятков ТС-270-1 и насколько греются эти трансформаторы, у которых первичная обмотка, с целью экономии медного провода, работает в очень тяжёлом режиме, знаю прекрасно. Похоже, что Вы родились, чтобы сказку сделать былью — снять с ТС-270 14 Вольт при 20 Амперах нагрузки. Или, Ваш трансформатор — сказка?

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector