【技术盛宴】 深入了解开关电源中的二极管

首先抛出几个问题：

1.肖特基二极管和快恢复二极管有什么区别？

2.反向恢复时间到底是怎么回事？

3.二极管的功耗算平均电流还是有效值电流？

先谈谈第一个问题：

从根本上说，肖特基二极管和快恢复二极管在物理结构上是不一样的。肖特基二极管的阳极是金属，阴极是N型半导体；快恢复二极管基本结构仍然是普通的PIN二极管，即阴阳极分别为N和P型半导体。物理结构决定了两者的电特性。

1. 耐压较低（通常150V以下），同等耐压，相同电流下，肖特基二极管的正向压降低于快恢复二极管。

看图，同样耐压50V的SS15和ES1A在1A下，SS15的Vf约0.65V，ES1A的Vf约0.85V。

2. 肖特基二极管载流子只有电子，数多子器件理论上没有反向恢复时间，而快恢复二极管本质上和PIN二极管一样，是少子器件的反向恢复时间通常在几十到几百ns。具体什么是反向恢复，在2贴的问题2中将详细讨论。

3. 额定反向耐压下，快恢复二极管的反向漏电流较小，通常在几uA到几十uA；肖特基二极管的反向漏电流则通常达到几百uA到几十mA，且随温度升高急剧增大。

大家继续补充。

支持楼主，还有个成本区别。顺便加几个问题进去。

同样电流的肖特基和快恢复，里面的晶圆尺寸区别大吗？

为什么有的二极管温度有的是150℃，有的175℃，有的125℃？厂家通过什么方面区别。

这两个问题，立马问倒我了。

第一个问题，我回头求助一下相关专业人士再来回复。

第二个问题，决定最高工作温度的，更多是封装材料和封装工艺，而非半导体本身。对于Si材料，175度通常是没有问题的，SiC和GaN材料，耐温就更高了。

楼主大大，有一问题困扰许久：

肖特基损坏除了热击穿、反向耐压不足损坏以外，请问还有其它什么条件会导致其损坏呢？ESD？还是？还望前辈能提点一二

第二个问题，反向恢复时间是怎么回事？

反向恢复时间基本的定义是：二极管从导通状态转换成关断状态所需的时间。

从定义可以看出，二极管导通状态下突然施加一个反偏电压，它是不能马上截止的。我们从根本上来看看这是为什么。

上面这个图就是我们最常用的PN结二极管最基本结构。其中重掺杂的P型半导体作为阳极，重掺杂的N型半导体作为阴极，为了承受更高的反向耐压，中间有一段较长的区域为接近本征半导体的轻掺杂N型区域。

PN结加正偏电压时，在电场作用下，P区的空穴向N区扩散，N区的电子向P区扩散，于是形成正向电流。对于P区而言，N区过来的电子是少子，同样对于N区而言，P区过来的空穴也是少子。因此，PN结二极管实际上是通过少子来传送电流的，即少子器件。

可见，在正向导通的时候，P区存在大量电子，N区存在大量空穴。

肖特基的耐压通常最高做到200V（但是台湾的竹懋和PFC品牌据说可以做到300V，而且VF值只有0.3几）其实肖特基的反向恢复时间快，无非就是它的芯片做的非常薄（电流跟晶圆面积大小有关，耐压根晶圆厚度有关），通俗一点讲是A到B之间的距离较短。而超快恢复（SF,MUR,ER系列）的耐压可以做到600V，快恢复（FR,HER,RS系列）的耐压可以做到1000V

并不是肖特基的耐压最高只能做到200V，而是因为硅材料的肖特基二极管，耐压做到200V以上时，Vf相对于快恢复没有优势，并且反向漏电流非常大。

耐压300V，Vf 0.3V的肖特基二极管没有听说过，理论上是不太可能的。

肖特基没有反向恢复，是因为载流子全部为电子，没有抽取少子所需的时间。

同样耐压，同样电流的二极管，PIN的占用wafer面积要远小于肖特基二极管。

这是器件方面专业人士的答复。

下面以CCM的boost为例，结合仿真来分析一下二极管的反向恢复问题。

仿真参数如图所示，下面给出稳态下一个周期的仿真结果图：

其中V002为MOSFET的Vgs，V(N003,N002)为二极管的Vka，Id（M1）为MOSFET的漏极电流，I（D1）为二极管的阳极流入电流。

当新的开关周期到来，MOSFET驱动电压上升，电感电流开始从MOSFET流过，由于电感电流在短时间内基本不变，因此二极管开始流过的电流开始减小。二极管电流减小到0的时刻即为反向恢复开始的时刻。

由于二极管内部存储的少子导致二极管不能阻断电流，随着MOSFET驱动电压的上升，MOSFET DS之间回路阻抗降低，二极管开始反向流过电流，即少子一反相电流的形式被抽取，直到MOSFET DS之间电压开始下降（开始进入米勒平台），即二极管开始电压开始反偏时，反向电流达到最大值。

此后，反向电流开始减小，二极管反偏电压开始升高，直到MOSFET Vds下降到0，二极管承受全部的反向电压。

从仿真图可以看出，反向恢复过程中，二极管流过较大的反向电流同时承受了较大的反向电压，因此造成了很大的反向恢复损耗。在CCM PFC中，为了降低这个损耗，通常的超快恢复二极管（标称反向恢复时间十几到几十ns）仍然差强人意，需要用到SiC二极管。常用的SiC二极管通常是肖特基结构，反向恢复时间远低于PIN二极管。

普通二极管对ESD并不敏感，但肖特基二极管最怕ESD了，光伏电池板生产厂家车间必须要做好防静电措施，其电池板接线盒内部的肖特基二极管耐压只有几十伏，静电防护不好，极易将其打坏！

对于芯片的结温：1.晶园厂对芯片对应等级进行设计；2.选用的芯片的原材料；3.芯片生产的工艺；4.封装厂选用对用等级的芯片：125、150、175生产对应的产品型号，一般产品规格书中都会给出，供参考；

反向耐压只有几十伏的肖特基二极管很容易被感知的ESD打坏，能够感知的ESD，其电压至少大于2KV！

长知识，好贴