Диод шоттки что это такое

Что такое диод Шоттки?

Диод Шоттки (назван в честь немецкого физика Baльтера Шоттки) — полупроводниковый диод с малым падением напряжения при прямом включении. В то время, как обычные кремниевые диоды имеют прямое падение напряжения около 0,6-0,7 вольт, применение диодов Шоттки позволяет снизить это значение до 0,2 вольт. Но к сожалению, данное прямое падение напряжения присуще только диодам Шоттки с максимальным обратным напряжением примерно десятки вольт, выше падение напряжения становится сравнимым с кремниевыми диодами, что ограничивает их применение.

Диоды Шоттки используют переход металл-полупроводник в качестве барьера Шоттки (вместо p-n перехода, как у обычных диодов).

Барьер Шоттки также имеет меньшую электрическую ёмкость перехода, что позволяет заметно повысить рабочую частоту

Особенности и принцип работы диода Шоттки

Семейство полупроводниковых приборов с двумя выводами (диодов) содержит большое количество элементов, различающихся по внутреннему строению, электрическим характеристикам и областям применения. В эту обширную группу входят и диоды, названные именем немецкого физика Вальтера Шоттки. Что такое диод Шоттки, чем от отличается от обычного прибора с p-n переходом, где его используют – обо всем этом пойдет речь далее.

Что такое диод Шоттки — чем отличается от обычного диода

Обычный диод состоит из двух контактирующих участков полупроводников с различным типом проводимости – p-полупроводника и n-полупроводника. В месте контакта возникает переходная зона, отличающаяся односторонней проводимостью – при приложении напряжения прямой полярности сопротивление перехода низкое, в цепи возникает ток. При приложении напряжении обратной полярности сопротивление перехода становится высоким, ток практически прерывается.

У реальных диодов в режиме обратного смещения небольшой ток все же протекает. Этот ток называется током утечки.

Принцип работы диода Шоттки схож – односторонняя проводимость зоны перехода. Но есть конструктивные отличия, определяющие электрические параметры этого прибора. Чтобы понять, как работает диод Шоттки, надо разобраться в его устройстве.

Прибор состоит из полупроводника p-типа, контактирующего с участком, выполненным из металла. При изготовлении на полупроводник (обычно кремний, арсенид галлия, карбид кремния) напыляется металл. Чаще всего это:

• серебро;
• золото;
• платина;
• палладий;
• вольфрам.

В месте контакта возникает контактная разность потенциалов. Создаваемое ей электрическое поле ведет к появлению в приповерхностном слое полупроводника потенциального барьера, который называется барьером Шоттки. Этот барьер обладает односторонней проводимостью.

Потенциальный барьер в отсутствие напряжения смещения

Если приложить к подобной конструкции напряжение в прямом направлении (когда плюс источника подключен к металлической области, а минус – к полупроводниковой), то электроны из полупроводника смогут преодолеть потенциальный барьер и под действием электрического поля перейти в металл.

Для этого должно выполняться условие – напряжение должно быть выше 0,2 вольта.

Барьер Шоттки при прямом смещении

Если приложить к барьеру напряжение обратной полярности (создать обратное смещение), это будет аналогично увеличению контактной разности потенциалов, приведет усилению электрического поля и увеличению ширины (и сопротивления) переходной зоны. Ток в этом случае течь не будет, что объясняет действие диода Шоттки как выпрямительного прибора.

Увеличение ширины переходной зоны при обратном смещении

Внешний вид, маркировка, обозначение на схеме

Диод 1N5822 в корпусе DO201AE

Диоды Шоттки выполняются в стандартных корпусах с двумя выводами – как и обычные полупроводниковые приборы. Для них не выделена специальная буквенно-цифровая индексация, поэтому внешне отличить прибор с переходом полупроводник-металл от диода с p-n переходом сложно. В таблице приведены некоторые виды диодов Шоттки и корпусов, в котором они выпускаются.

Тип прибора	Тип корпуса	Индекс корпуса
1N5817	Выводной	DO-41
1N5818		DO-41
1N5820		DO-201AD
1N5822		DO201AE
1N6232		DO35
BAR43AFILM (сборка из 2 диодов с общим анодом)	SMD	SOT-323
10BQ100	SMD	SMB (DO-214AA)

Диоды Шоттки выпускаются и в виде сборок из двух элементов. У них могут быть соединены либо катоды, либо аноды. Это надо учитывать при покупке комплектующих.

Сборка BAR43AFILM в корпусе для SMD-монтажа

УГО диода Шоттки похоже на обозначение обычного диода (что логично) с дополнительными элементами. Есть несколько вариантов обозначения таких полупроводниковых приборов. Наиболее часто применяемые приведены на рисунке.

Условно-графическое обозначение диода Шоттки

Иногда для обозначения диода Шоттки применяют УГО обычного диода, а принадлежность к классу приборов с переходом металл-полупроводник указывают в спецификации к схеме.

Если в устройстве применена сборка из двух (или более) элементов, то на схеме такие диоды Шоттки могут быть показаны в общем корпусе. Внутренние соединения показывают внутри корпуса.

Сборка из двух элементов – внешний вид и обозначение на схеме

Технические характеристики

Для ознакомления с особенностями технических характеристик рассматриваемых полупроводниковых элементов, сначала лучше изучить типовую ВАХ диода Шоттки и сравнить ее с вольтамперной характеристикой обычного диода. Для сравнения графики зависимости тока и напряжения приведены на одном рисунке. Шкалы токов и напряжений приведены без соблюдения масштаба, чтобы показать характерные отличия на обеих ветвях характеристик.

Сравнение вольтамперных характеристик диодов

Первое, что бросается в глаза при анализе ВАХ, что диод Шоттки открывается при напряжении меньшем, чем у, например, кремниевого прибора. Это объясняется тем, что для преодоления потенциального барьера металл-полупроводник достаточно 0,2 вольта, тогда как для кремниевого p-n перехода потребуется 0,6..0,8 вольт . При дальнейшем увеличении напряжения ВАХ принимает вид наклонной прямой – ток растет примерно пропорционально напряжению для обоих типов диодов (при более точном анализе – зависимость экспоненциальная). При рассмотрении обратной ветви характеристики становится очевидным, что при небольших отрицательных смещениях через переход металл-полупроводник протекает ток утечки. Этот ток заметно больше тока утечки p-n перехода.

При росте температуры увеличивается и значение тока утечки.

При дальнейшем увеличении обратного напряжения обычный диод переходит в режим лавинного пробоя. Этот режим обратим и устраняется при снятии напряжения. У диода Шоттки происходит переход в режим необратимого теплового пробоя, и элемент выходит из строя.

Область применения диодов Шоттки

Область применения диодов с переходом металл-полупроводник определяется их свойствами. Наиболее часто используется способность открываться при напряжении уже 0,2 вольта. Это качество важно в выпрямителях, особенно низковольтных. При двухполупериодной схеме выпрямителя на кремниевых диодах потери напряжения составляют 1,2..1,4 вольта в каждом полупериоде, а если мост собрать на диодах Шоттки – то теряется всего 0,4 вольта. В высоковольтных выпрямительных устройствах это не имеет значения – при работе с напряжением в 220 вольт эта разница лежит в пределах колебаний уровня в сети. Другое дело источники питания до 12 вольт, а особенно до 5 вольт. там эта разница в процентном соотношении становится значительной. Чтобы избежать потерь, придется увеличивать количество витков вторичных обмоток трансформатора, что ведет к излишнему расходу медного провода и увеличению габаритов. Применение диодов Шоттки в низковольтных источниках питания позволяет избежать этой проблемы.

Иллюстрация потерь напряжения на диодном мосте при одном полупериоде напряжения

Приборы с переходом металл-полупроводник имеют более высокое быстродействие за счет того, что при прохождении прямого тока отсутствует накопление неосновных носителей заряда. Это дает возможность применения диодов Шоттки в высокочастотных выпрямителях, включая импульсные устройства.

Еще одно преимущество малого падения напряжения на открытом диоде – меньшие (при равном проходящем токе) потери мощности на нагревание. Это позволяет применять радиаторы меньших размеров, внося существенную экономию в общие массогабаритные характеристики устройства.

Как отличить диод Шоттки от простого диода

Диоды Шоттки применяются в различных видах оборудования для предотвращения перегорания системы из-за перепадов напряжения. Принцип действия диода Шоттки заключается в пропускании тока в одном направлении и выравнивании его показателей, чтобы преобразовать переменные значения в постоянные. Для установки этих защитных устройств в приборы или сети необходимо знать, как отличить диод Шоттки от обычного.

Особенности принципа действия диода Шоттки

Основное отличие диоды Шоттки от простого заключается в конструкции, определяющей механизм его работы. В обычных моделях используется электронно-дырочный, или p-n-переход. Это явление, возникающее при применении p- и n-проводника, — анода и катода, на границе который сопротивление повышается вместе с повышением напряжения проходящего тока, а при обратном переходе ток начинает уменьшаться при достижении определенных значений.

В основе работы диодов Шоттки — переход металл-полупроводник, который обеспечивает при прямом прохождении снижение напряжения. Рассеиваемая мощность при этом мала, поэтому устройство мало нагревается. Это делает диоды Шоттки более эффективными для применения в цепях с прямым током.

Как отличить диод Шоттки от обычного

Диоды Шоттки могут работать при высоких частотах и используются в компьютерной технике и бытовых приборах, радиотехнике, стабилизаторах напряжениях, блоках питания. Они показывают высокую надежность и скорость действия, низкий уровень образования помех, экономичность, долговечность. Чтобы правильно его выбрать, нужно знать, как отличить диод Шоттки от простого диода.

При неверном выборе диода легко допустить аварийную ситуацию, при которой устройство можете перегореть и выйти из строя, а вместе с ним — и содержащее его оборудование. Для определения вида диода понадобится специальное оборудование — тестеры.

• Мультиметром можно измерить многие электрические характеристики приборов, в том числе емкость, которая у диодов Шоттки будет ниже, чем у простых.
• Омметр помогает определить обратное сопротивление — это нужно при проверке диодов Шоттки, дающих утечку, так как такие устройства неизменно будут показывать малое сопротивление. Обратный прозвон покажет бесконечно большое сопротивление.

На схеме диоды Шоттки выделяются S-образной перекладиной, а не прямой, как простые. Маркировка: 1N, SR, TQ, SQ, CPQ, DQ, SF.

В нашем каталоге диодов диоды Шоттки выделены в отдельную категорию, где можно уточнить их характеристики и купить их прямо на сайте через форму «Корзина». Также можно обратиться для консультации или приобретения товаров к нашим менеджерам по бесплатному телефону вверху страницы.

Диод Шоттки

В контактной области полупроводниковых и металлических материалов эффект Шоттки приводит к образованию в полупроводнике слоя, сильно обеднённого электронами. Он обладает вентильными свойствами, присущими полупроводниковому p-n-переходу. Эта зона представляет собой преграду для носителей заряда, поэтому данные радиокомпоненты часто называют диодами с барьером Шоттки.

Элементы отличаются от обычных полупроводниковых вентилей следующими качествами:

1. пониженное падение напряжения при прямом смещении;
2. незначительная собственная ёмкость;
3. малый обратный ток;
4. низкое допустимое обратное напряжение.

При прямом смещении разность потенциалов на диоде Шоттки не превышает 0,5 В, тогда как на обычном выпрямительном вентиле падение напряжения составляет около 2-3 В. Это объясняется небольшим сопротивлением переходного участка между полупроводником и металлом. В таблице ниже представлены характеристики диодов Шоттки.

Хорошие частотные характеристики диодов Шоттки обусловлены отсутствием в переходной зоне неосновных носителей заряда. Из-за этого в контактной области не протекают обычные для чисто полупроводникового p-n-перехода процессы диффузии и рекомбинации дырок и электронов.

Следовательно, собственная ёмкость этого слоя стремится к нулю. Данное свойство делает диоды с барьером Шоттки предпочтительными для использования в высоко- и сверхвысокочастотных схемах, а также аппаратуре с импульсными режимами работы – всевозможных цифровых устройствах, системах управления электроникой и импульсных блоках питания.

Преимущества и недостатки диода Шоттки

Одним из главных преимуществ использования диода Шоттки вместо обычного диода является низкое сопротивление его перехода металл-полупроводник, приводящее к тому, что напряжение падает при его прямом включении. Таким образом диод Шоттки потребляет меньшее напряжение, чем обычный диод. На его p-n-переходе падает лишь 0,3-0,4 В. На графике ниже вы можете видеть прямое падение напряжение, составляющее приблизительно 0,3 В. Ток через диод Шоттки значительно возрастает при увеличении напряжения сверх указанного. Через обычный диод ток не растет до напряжения приблизительно 0,6 В.

На рисунках ниже показаны две электрические цепи в качестве иллюстрации преимуществ низкого падения напряжения при прямом включении. В цепи слева обычный диод, а справа – диод Шоттки. У обеих цепей источник питания дает напряжение 2 В постоянного тока.

Обычный диод потребляет 0,7 В, отдавая нагрузке лишь 1,3 В. Благодаря низкому падению напряжения при прямом включении, диод Шоттки потребляет только 0,3 В, отдавая нагрузке 1,7 В. Если нагрузке необходимы 1,5 В, то для такой задачи подойдет только диод Шоттки.

Другие преимущества использования диода Шоттки вместо обычного диода:

• Малое время обратного восстановления. Диод Шоттки накапливает небольшой заряд, что делает его идеальным для использования в схемах, требующих быстрого переключения — они широко используются при конструировании высокочастотных печатных плат;
• Пониженный уровень помех. Диод Шоттки добавляет в схему меньшее количество нежелательного шума по сравнению с типичным диодом с p-n-переходом;
• Более высокие характеристики. Диод Шоттки потребляет меньше энергии, поэтому подходит по техническим требованиям для использования в низковольтных устройствах.

Также следует помнить о нескольких недостатках диодов Шоттки. Диод Шоттки, на который подано обратное напряжение смещения, будет пропускать больший обратный ток, чем обычный диод. Это приводит к тому, что в цепи с обратным включением диода Шоттки ток утечки больше.

Максимальное обратное напряжение диода Шоттки также меньше, чем у обычных диодов, и обычно составляет не более 50 В. При превышении этого напряжения происходит пробой диода Шоттки, в результате чего он начинает пропускать большой ток в обратном направлении. До этой величины обратного напряжения существует лишь небольшой ток утечки через диод Шоттки, впрочем, как и у других диодов.

Низковольтные диоды

Особенность диодов Шоттки состоит в том, что они являются низковольтными. Если приложенная разность потенциалов превышает некоторый допустимый уровень, то в соответствии с квантовыми законами происходит пробой, который в обычном полупроводниковом радиокомпоненте может быть туннельным, лавинным или тепловым. После первых двух диод восстанавливается и продолжает исправно работать. Тепловой пробой означает фатальную поломку.

Мост из диодов Шоттки

Однако чувствительность этих радиокомпонентов не всегда является их недостатком. Например, благодаря этой характеристике диоды с барьером Шоттки используются в особо чувствительных гетеродинах, которые получают способность обрабатывать радиосигналы очень малой мощности.

1. Максимальное постоянное обратное напряжение;
2. Максимальное импульсное обратное напряжение;
3. Максимальный (средний) прямой ток;
4. Максимальный импульсный прямой ток;
5. Постоянное прямое напряжение на диоде при заданном прямом токе через него;
6. Обратный ток диода при предельном обратном напряжении;
7. Максимальная рабочая частота диода;
8. Время обратного восстановления;
9. Общая емкость диода.

В диодах с барьером Шоттки пробой всегда бывает только тепловым. Такова особенность металло-полупроводникового перехода. При большом обратном смещении элемент выходит из строя и нуждается в замене. Этим, кстати, объясняется сильная чувствительность диодов Шоттки к статическому электричеству – при их монтаже и обслуживании радиоаппаратуры с этими элементами необходимо заземлять спецодежду и инструменты.

Диод Шоттки на электросхеме

Производство диодов Шоттки

В качестве полупроводниковой составляющей используются стандартные материалы – кремний, германий и арсенид галлия. На них в процессе изготовления радиокомпонентов напыляются такие металлы, как золото, серебро, палладий, вольфрам. Именно эти элементы таблицы Менделеева обеспечивают достаточно высокий потенциальный барьер, определяющий функциональность диодов Шоттки. Германиевые радиокомпоненты показывают высокую устойчивость к изменению температурного режима, поэтому данный материал чаще кремния и арсенида галлия используется при производстве диодов для мощных схем питания. Зато кремниевые и галлиевые элементы демонстрируют лучшие частотные параметры.

Материал втему: Что такое кондесатор

Диоды Шоттки в блоках питания

В системных блоках питания, диоды Шоттки используются для выпрямления тока каналов +3.3В и +5В, а, как известно, величина выходных токов этих каналов составляет десятки ампер, что приводит к необходимости очень серьезно относиться к вопросам быстродействия выпрямителей и снижения их энергетических потерь. Решение этих вопросов способно значительно увеличить КПД источников питания и повысить надежность работы силовых транзисторов первичной части блока питания.

Будет интересно➡ Что такое NTC термисторы

Итак, для уменьшения динамических коммутационных потерь и устранения режима короткого замыкания при переключении, в самых сильноточных каналах (+3.3В и +5В), где эти потери наиболее значительны, в качестве выпрямительных элементов используются диоды Шоттки. Применение диодов Шоттки в этих каналах обусловлено следующими соображениями:

• Диод Шоттки является практически безынерционным прибором с очень малым временем восстановления обратного сопротивления, что приводит к уменьшению обратного вторичного тока и к уменьшению броска тока через коллекторы силовых транзисторов первичной части в момент переключения диода. Это в значительной степени снижает нагрузку на силовые транзисторы, и, как результат, увеличивает надежность блока питания.
• Прямое падение напряжения на диоде Шоки также очень мало, что при величине тока 15–30 А обеспечивает значительный выигрыш в КПД.

Так как в современных блоках питания очень мощным становится и канал напряжения +12В, то применение диодов Шоттки в этом канале также дало бы значительный энергетический эффект, однако их применение в канале +12В нецелесообразно. Это связано с тем, что при обратном напряжении свыше 50В (а в канале +12В обратное напряжение может достигать величины и 60В) диоды Шоттки начинают плохо переключаться (слишком долго и при этом возникают значительные обратные токи утечки), что приводит к потере всех преимуществ их применения. Поэтому в канале +12В используются быстродействующие кремниевые импульсные диоды.

Устройства диода.

Хотя промышленностью сейчас выпускаются диоды Шоттки и с большим обратным напряжением, но их использование в блоках питания считается нецелесообразным по разным причинам, в том числе и экономического плана. Но в любых правилах имеются исключения, поэтому в отдельных блоках питания можно встретить диодные сборки Шоттки и в каналах +12В. В современных системных блоках питания компьютеров диоды Шоттки представляют собой, как правило, диодные сборки из двух диодов (диодные полумосты), что однозначно повышает технологичность и компактность блоков питания, а также улучшает условия охлаждения диодов. Использование отдельных диодов, а не диодных сборок, является сейчас показателем низкокачественного блока питания.

Будет интересно➡ Что такое полевые транзисторы?

Ультрабыстрые диоды (диоды Шоттки)

Идеально подходят для силовых схем так называемые диоды Шоттки. Отличие диодов Шоттки от других диодов состоит в том, что они производятся по оригинальной технологии, и в их структуре практически отсутствуют неосновные носители заряда, которые как раз и влияют на величину времени обратного восстановления. На сегодняшний день в номенклатуре фирм можно встретить диоды Шоттки, допускающие прямой ток через себя порядка 240 А, например, 249NQ150 производства . Другое преимущество диодов Шоттки — более низкое падение напряжения в открытом состоянии, что делает их незаменимыми в низковольтных схемах.

К сожалению, диоды Шоттки имеют существенный недостаток: максимальное обратное напряжение у самых лучших представителей этого класса силовых приборов не превышает величину 150 В. Более того, в подавляющем большинстве случаев вы едва ли встретите диоды Шоттки встроенными в корпуса мощных силовых модулей. Что предпринять в таком случае? К счастью, разработана технология производства специальных ультрабыстрых диодов, называемых гексагональными эпитаксильными диодами со сверхбыстрым временем обратного восстановления. Например, диоды серии Hexfred, производимые , имеют величинудопустимого напряжения в закрытом состоянии до 1200 В, а по своим свойствам обратного восстановления могут легко соперничать с диодами Шоттки.

Познакомимся с характеристиками ультрабыстрых диодов поподробнее. На рис. 2.7.25 показана типовая кривая обратного восстановления ультрабыстрого диода. В момент открывания ключевого транзистора VT начинается спадание тока диода, затем ток достигает нулевого значения, меняет знак и далее достигает значение irrm, называемого в технической документации пиковым током обратного восстановления (peak reverse recovery current). Процесс нарастания тока обратного восстановления занимает время /fl, называемое временем роста обратного тока восстановления. После этого ток спадает до

Конечно, в технической документации обычно приводятся данные по суммарному времени обратного восстановления, пиковому току обратного восстановления, и по этим данным теоретически можно рассчитать тепловые потери, возникающие в процессе обратного восстановления диода. Однако на практике пользоваться этими данными для расчета тепловых потерь неудобно, так как величина пикового тока обратного восстановления и время восстановления зависят от величины приложенного обратного напряжения. Производители диодов рекомендуют для определения тепловых потерь обратного восстановления пользоваться величиной заряда обратного восстановления (reverse recovery charge), обозначаемого символом Qrr Величину заряда обратного восстановления можно получить непосредственно из технической документации на конкретный диод или рассчитать по приближенной формуле

нулевого значения за время tb9 называемое временем спада обратного тока восстановления. Полное время trr обратного восстановления диода (reverse recovery time) определяется по формуле

Тепловые потери обратного диода в полумостовых силовых схемах складываются из статических потерь проводимости и потерь обратного восстановления. Статические потери вычислить несложно: они будут определяться величиной прямого падения напряжения Uf на открытом диоде, средним током проводимости и длительностью протекания тока в открытом состоянии, отнормированному к периоду коммутации.

С потерями обратного восстановления сложнее. Поскольку к диоду прикладывается большое обратное напряжение в то время, когда через него течет прямой ток, диоду нужно рассеивать большую мощность. Функция изменения тока во времени носит сложный характер (рис. 2.7.25), поэтому нам придется вычислять мгновенную мощность на очень коротких промежутках времени, а потом получившиеся результаты просуммировать.

Итак, энергия тепловых потерь определяется суммой произведений тока через диод на напряжение, приложенное к нему, на протяжении времени протекания тока. Поскольку к диоду прикладывается напряжение величиной Um, энергия переключения E^ будет определяться по формуле

Если мы внимательнее присмотримся к формуле (2.7.9), то обнаружим, что интеграл здесь есть заряд обратного восстановления диода, который может быть вычислен по формуле (2.7.8) или взят из справочных данных. С учетом приведенных выражений, можно вычислить мощность потерь обратного восстановления:

где / — частота коммутации.

Полные тепловые потери, как обычно, определяются суммой статических и динамических потерь по формуле

В табл. 2.7.2 приведены основные параметры некоторых ультрабыстрых диодов.

Таблица 2.7.2, Параметры некоторых ультрабыстрых диодов

Мировые производители силовой элементной базы выпускают столь большую номенклатуру ультрабыстрых диодов, что рассматривать их в рамках данной книги просто не имеет смысла, а читатели без труда найдут для своих разработок подходящие диоды без дополнительных авторских «наводок». Расскажем лишь о перспективах отечественного производства этих важных для силовой электроники компонентов. К примеру, ОАО «ВЗПП-Сборка» [18] выпускает значительное количество ультрабыстрых диодов, аналоги которых производятся «International Rectifier». Диапазон токов этих диодов ограничивается значениями 20…25 А, поэтому в случае необходимости использования более мощных диодов имеет смысл обратить внимание на продукцию ОАО «Электровыпрямитель» [21]. Эта уже знакомая нам фирма поставляет на рынок диодные быстровосстанавливающиеся модули типа SFRD в полумостовом включении (анод первого дио

да подключен к катоду второго) и в одиночном включении. Полумостовые диодные сборки маркируются как М2ДЧ, а одиночные — как МДЧ. Время обратного восстановления диодов и диодных сборок не превышает 0,2…0,3 мкс при номинальных рабочих токах до 300 А.

Кратко упомянем такие всем известные элементы, как стандартные диодные мосты. Оказывается, при разработке силовых схем статических преобразователей эти элементы играют чрезвычайно важную роль: диодный мост — это одно из важнейших звеньев силовой преобразовательной схемы, и при выходе его из строя неработоспособным становится весь преобразователь. Кроме того, до настоящего времени разработчику приходилось закладывать в свои разработки выпрямительные диоды в одиночном исполнении, соединяя их, например, по трехфазной схеме выпрямления Ларионова. Понятно, что при таком подходе разработчик сильно проигрывает в габаритах этого узла.

Специально для применения в силовой преобразовательной технике разработаны компактные диодные мосты, включающие в себя четыре диода (однофазная схема) и шесть диодов (трехфазная схема). На рис. 2.7.26 показан внешний вид трехфазного диодного моста типа 160MT120KB, выпускаемого . Диодный мост выдерживает значение продолжительного номинального тока до 160 А, а также значение пикового пускового тока до 1500 А. Диоды моста рассчитаны на значение обратного напряжения до 1200 В.

Интерес для разработчика силовой преобразовательной техники могут также представлять диодные мосты, производимые ЗАО «Электрум АВ» [22]. Номенклатура их достаточно широка: выпускаются

мосты как для монтажа на печатную плату (в том числе и в трехфазном варианте), так и для объемного монтажа. К примеру, мосты типоразмера M6 (рис. 2.7.27) производятся на номинальные токи 63 А, 100 А, 160 А, 200 А, 250 А с рабочим напряжением до 1200 В (исполнение 12) и до 1600 В (исполнение 16). Диоды выдерживают пятикратную токовую перегрузку.

Источник: Семенов Б. Ю. Силовая электроника: профессиональные решения. — М.: СОЛОН-ПРЕСС, 2011. — 416 c.: ил.

• Предыдущая запись: Модуль программирования флэш-памяти
• Следующая запись: Генератор с кварцевой стабилизацией частоты

Похожие посты:

Проявление неисправностей диодов Шоттки

Как уже отмечалось, неисправность диодов Шоттки является одной из основных проблем современных блоков питания. Так по каким же предварительным признакам можно предположительно определить их неисправность? Таких признаков несколько. Во-первых, при пробоях и утечках вторичных выпрямительных диодов, как правило, срабатывает защита, и блок питания не запускается. Это может проявляться по-разному:

• При включении блока питания вентилятор «дергается», т. е. совершает несколько оборотов и останавливается; после этого выходные напряжения полностью отсутствуют, т. е. источник питания блокируется.
• После включения блока питания вентилятор «дергается» постоянно, на выходах блока питания можно наблюдать пульсации напряжения, т. е. защита срабатывает периодически, но блок питания при этом полностью не блокируется.
• Признаком неисправности диодов Шоттки является чрезвычайно сильный разогрев вторичного радиатора, на котором они установлены.
• Признаком утечки диодов Шоттки может являться самопроизвольное выключение блока питания, а значит и компьютера, при увеличении нагрузки (например, при запуске программ, обеспечивающих 100% загрузку процессора), а также невозможность запустить компьютер после «апгрейда», хотя мощность блока питания является достаточной.

Кроме того, необходимо осознавать, что в блоках питания с плохой и непродуманной схемотехникой, утечки выпрямительных диодов приводят к перегрузкам первичной цепи и к всплескам тока через силовые транзисторы, что может стать причиной их отказа. Таким образом, профессиональный подход к ремонту блоков питания, диктует обязательную проверку вторичных выпрямительных диодов при каждой замене силовых транзисторов-ключей первичной части блока питания.

Материал по теме: Что такое реле времени

Диагностика диодов Шоттки

Проверка и точная диагностика диодов Шоттки, на практике, является достаточно непростым делом, т. к. многое здесь определяется типом используемого измерительного прибора и опытом подобных измерений, хотя определить обычный пробой одного или двух диодов диодной сборки Шоттки не составляет особого труда. Для этого необходимо выпаять диодную сборку и проверить тестером оба диода согласно схеме на рис. 5. При подобной диагностике тестер необходимо установить в режим проверки диодов. Неисправный диод в обоих направлениях покажет одинаковое сопротивление (как правило, очень малое, т. е. покажет короткое замыкание), что и указывает на его непригодность для дальнейшего использования. Однако явные пробои диодных сборок в практике встречаются очень и очень редко.

В основном же, приходится иметь дело с утечками (причем зачастую с тепловыми утечками) диодов Шоттки. А вот утечки, выявить таким способом невозможно. «Утекающий» диод при проверках тестером в режиме «диод» является в подавляющем большинстве случаев полностью исправным. Гарантированную точность диагностики, на наш взгляд, позволяет дать только такой метод, как замена диода на заведомо исправный аналогичный прибор.

Но все-таки, выявить «подозрительный» диод можно попытаться с помощью методики, заключающейся в измерении сопротивления его обратного перехода. Для этого будем пользоваться не режимом проверки диодов, а обычным омметром.

Внимание! При использовании этой методики следует помнить, что разные тестеры могут давать отличающиеся показания, что объясняется различием самих тестеров.

Итак, устанавливаем предел измерений на значение [20К] и измеряем обратное сопротивление диода (рис. 6). Как показывает практика, исправные диоды на этом пределе измерений должны показывать бесконечно большое сопротивление.

Принцип работы диода Шоттки.

Если же при измерении выявляется некоторое, как правило, небольшое сопротивление (2–10 КОм), то такой диод можно считать «очень подозрительным» и его лучше заменить, или хотя бы проверить методом замены. Если же проводить проверку на пределе измерений [200К], то даже исправные диоды могут показывать в обратном направлении очень небольшое сопротивление (единицы и десятки кОм), поэтому и рекомендуется использовать предел [20К]. Естественно, что на больших пределах измерений (2 Мом, 20 Мом и т. д.) даже абсолютно исправный диод оказывается полностью открытым, т. к. его p-n переходу прикладывается слишком высокое (для диодов Шоттки) обратное напряжение. На пределе [200К] можно проводить проверку сравнительным методом, т. е. брать гарантированно-исправный диод, измерять его обратное сопротивление и сравнивать с сопротивлением проверяемого диода. Значительные отличия в этих измерениях будут указывать на необходимость замены диодной сборки.

Будет интересно➡ Что такое транзистор

Иногда встречаются ситуации, когда выходит из строя только один из диодов сборки. В этом случае неисправность также легко выявляется методом сравнения обратного сопротивления двух диодов одной сборки. Диоды одной сборки должны иметь одинаковое сопротивление. Предложенную методику можно дополнить еще и проверкой на термическую устойчивость. Суть этой проверки заключается в следующем. В тот момент времени, когда проверяется сопротивление обратного перехода на пределе измерений [20K] (см. предыдущий абзац), необходимо коснуться разогретым паяльником контактов диодной сборки, обеспечивая тем самым прогрев ее кристалла.

Неисправная диодная сборка практически мгновенно начинает «плыть», т. е. ее обратное сопротивление начинает очень быстро уменьшаться, в то время как исправная диодная сборка достаточно долго удерживает обратное сопротивление на бесконечно большом значении. Эта проверка очень важна, т. к. при работе диодная сборка сильно нагревается (не зря же ее размещают на радиаторе) и вследствие нагрева изменяет свои характеристики. Рассмотренная методика обеспечивает проверку устойчивости характеристик диодов Шоттки к температурным колебаниям, ведь увеличение температуры корпуса до 100 или 125°C увеличивает значение обратного тока утечки в сто раз (см. данные табл. 1).

Вот так можно попытаться проверить диод Шоттки, однако предложенными методиками не стоит злоупотреблять, т. е. не следует проводить проверки на слишком большом пределе измерений сопротивления и слишком сильно разогревать диод, т. к. теоретически, все это может привести к повреждению диода.

Кроме того, из-за возможности отказа диодов Шоттки под действием температуры, необходимо строго соблюдать все рекомендуемые условия пайки (температурный режим и время пайки). Хотя надо отдать должное производителям диодов, так как многие из них добились того, что монтаж сборок можно осуществлять при высокой температуре 250 °C в течение 10 секунд.

Как работает диод Шоттки

В обычном диоде полупроводники p-типа и n-типа образуют p-n-переход. В диоде Шоттки вместо полупроводника p-типа используется металл. Этот металл может быть разным – от платины до вольфрама, молибден, золото и т. д.

Металл и полупроводник n-типа образуют переход металл-полупроводник. Он называется барьером Шоттки. Свойства барьера Шоттки различны при отсутствии напряжения смещения, при прямом и при обратном смещении.

Напряжение смещения отсутствует

При отсутствии напряжения смещения свободные электроны будут перемещаться из полупроводника n-типа в металл, чтобы восстановить равновесие. Этот поток электронов создает барьер Шоттки, где встречаются отрицательные и положительные ионы. Чтобы свободные электроны смогли преодолеть этот барьер, требуется приложение внешнего напряжения большего, чем потенциал поля перехода металл-полупроводник.

Прямое смещение

Если положительную клемму батарейки подключить к выводу диода, подключенного к металлической части перехода метал-полупроводник, а отрицательную – к выводу диода, подключенного к полупроводнику, то таким образом мы подадим на диод прямое смещение. В этом состоянии, если напряжение больше 0,2 В, то электроны могут преодолеть переход металл-полупроводник и перейти из полупроводника n-типа в металл. Это приведет к возникновению тока через диод. Так работают все диоды.

Обратное смещение

Если отрицательную клемму батарейки подключить к выводу диода, подключенного к металлической части перехода метал-полупроводник, а положительную – к выводу диода, подключенного к полупроводнику, то таким образом мы подадим на диод обратное смещение. Так мы увеличим ширину барьера Шоттки, не давая току течь через диод. Тем не менее, если напряжение обратного смещения будет возрастать, то, в конце концов, барьер будет пробит. После чего ток потечет в обратном направлении и может повредить этот и другие электронные компоненты.