二極管鮮為人知的特性

　　我們所熟知的二極管被廣泛應(yīng)用于各種電路中，但我們真正了解二極管的某些特性關(guān)系嗎?如二極管導(dǎo)通電壓和反向漏電流與導(dǎo)通電流、環(huán)境溫度存在什么樣的關(guān)系等，讓我們來扒扒很多數(shù)據(jù)手冊中很少提起的特性關(guān)系和正確合理的選型。

　　我們都知道在選擇二極管時，主要看它的正向?qū)▔航?、反向耐壓、反向漏電流等。但我們卻很少知道其在不同電流、不同反向電壓、不同環(huán)境溫度下的關(guān)系是怎樣的，在電路設(shè)計中知道這些關(guān)系對選擇合適的二極管顯得極為重要，尤其是在功率電路中。接下來我將通過型號為SM360A(肖特基管)的實測數(shù)據(jù)來與大家分享二極管鮮為人知的特性關(guān)系。

　　1、 正向?qū)▔航蹬c導(dǎo)通電流的關(guān)系

　　在二極管兩端加正向偏置電壓時，其內(nèi)部電場區(qū)域變窄，可以有較大的正向擴(kuò)散電流通過PN結(jié)。只有當(dāng)正向電壓達(dá)到某一數(shù)值(這一數(shù)值稱為“門檻電壓”，鍺管約為0.2V，硅管約為0.6V)以后，二極管才能真正導(dǎo)通。但二極管的導(dǎo)通壓降是恒定不變的嗎?它與正向擴(kuò)散電流又存在什么樣的關(guān)系?通過下圖1的測試電路在常溫下對型號為SM360A的二極管進(jìn)行導(dǎo)通電流與導(dǎo)通壓降的關(guān)系測試，可得到如圖2所示的曲線關(guān)系：正向?qū)▔航蹬c導(dǎo)通電流成正比，其浮動壓差為0.2V。從輕載導(dǎo)通電流到額定導(dǎo)通電流的壓差雖僅為0.2V，但對于功率二極管來說它不僅影響效率也影響二極管的溫升，所以在價格條件允許下，盡量選擇導(dǎo)通壓降小、額定工作電流較實際電流高一倍的二極管。

　　圖1 二極管導(dǎo)通壓降測試電路

　　圖2 導(dǎo)通壓降與導(dǎo)通電流關(guān)系

　　2、 正向?qū)▔航蹬c環(huán)境的溫度的關(guān)系

　　在我們開發(fā)產(chǎn)品的過程中，高低溫環(huán)境對電子元器件的影響才是產(chǎn)品穩(wěn)定工作的最大障礙。環(huán)境溫度對絕大部分電子元器件的影響無疑是巨大的，二極管當(dāng)然也不例外，在高低溫環(huán)境下通過對SM360A的實測數(shù)據(jù)表1與圖3的關(guān)系曲線可知道：二極管的導(dǎo)通壓降與環(huán)境溫度成反比。在環(huán)境溫度為-45℃時雖導(dǎo)通壓降最大，卻不影響二極管的穩(wěn)定性，但在環(huán)境溫度為75℃時，外殼溫度卻已超過了數(shù)據(jù)手冊給出的125℃，則該二極管在75℃時就必須降額使用。這也是為什么開關(guān)電源在某一個高溫點需要降額使用的因素之一。

　　表 1 導(dǎo)通壓降與導(dǎo)通電流測試數(shù)據(jù)

　　圖3 導(dǎo)通壓降與環(huán)境溫度關(guān)系曲線

　　3、二極管漏電流與反向電壓的關(guān)系

　　在二極管兩端加反向電壓時，其內(nèi)部電場區(qū)域變寬，有較少的漂移電流通過PN結(jié)，形成我們所說的漏電流。漏電流也是評估二極管性能的重要參數(shù)，二極管漏電流過大不僅使其自身溫升高，對于功率電路來說也會影響其效率，不同反向電壓下的漏電流是不同的，關(guān)系如圖4所示：反向電壓愈大，漏電流越大，在常溫下肖特基管的漏電流可忽略。

　　圖4 反向電壓與漏電流關(guān)系曲線

　　4、二極管漏電流與環(huán)境溫度的關(guān)系

　　其實對二極管漏電流影響最大的還是環(huán)境溫度，下圖5是在額定反壓下測試的關(guān)系曲線，從中可以看出：溫度越高，漏電流越大。在75℃后成直線上升，該點的漏電流是導(dǎo)致二極管外殼在額定電流下達(dá)到125℃的兩大因素之一，只有通過降額反向電壓和正向?qū)娏鞑拍芙档投O管的工作溫度。

　　圖5 漏電流與環(huán)境溫度關(guān)系曲線

　　5、二極管反向恢復(fù)時間

　　如圖6所示，二極管的反向恢復(fù)時間為電流通過零點由正向轉(zhuǎn)換成反向，再由反向轉(zhuǎn)換到規(guī)定低值的時間間隔，實際上是釋放二極管在正向?qū)ㄆ陂g向PN結(jié)的擴(kuò)散電容中儲存的電荷。反向恢復(fù)時間決定了二極管能在多高頻率的連續(xù)脈沖下做開關(guān)使用，如果反向脈沖的持續(xù)時間比反向恢復(fù)時間短，則二極管在正向、反向均可導(dǎo)通就起不到開關(guān)的作用。PN結(jié)中儲存的電荷量與反向電壓共同決定了反向恢復(fù)時間，而在高頻脈沖下不但會使其損耗加重，也會引起較大的電磁干擾。所以知道二極管的反向恢復(fù)時間正確選擇二極管和合理設(shè)計電路是必要的，選擇二極管時應(yīng)盡量選擇PN結(jié)電容小、反向恢復(fù)時間短的，但大多數(shù)廠家都不提供該參數(shù)數(shù)據(jù)。

　　圖6 二極管恢復(fù)時間示意圖

　　6、二極管反向電壓裕量的意義

　　我們都知道二極管有個反向擊穿的極限電壓，絕大多數(shù)的二極管廠商都沒把它寫入數(shù)據(jù)手冊，但在大多數(shù)情況下為了節(jié)省成本不可能將二極管反向耐壓降額到50%左右使用，那么反向電壓裕量是否足夠，這對評估該二極管反向耐壓應(yīng)降多少額使用較為安全是有一定意義的。從下表中可看出，反向電壓的裕量并不像網(wǎng)上所說的那樣是額定反壓的2~3倍。

　　膝點反向電壓為漏電流突變時的反向電壓點。(二極管在常溫某電壓點下，其漏電流突然一下增大了幾十上百倍，例如：SM360A二極管在78V時漏電流為20μA，但在79V時漏電流為2 mA，79V即為膝點反向電壓)膝點反向電壓雖然未使二極管完全擊穿，但卻嚴(yán)重影響了二極管的正常使用。而在高溫下漏電流更易突變，此時的膝點反向電壓就更低。所以一個二極管的反向電壓應(yīng)降額值為多少才較為正確合理，更應(yīng)該從物料的使用環(huán)境溫度和實際使用的導(dǎo)通電流來測試膝點反向電壓值，然后再來確定裕量降額值。

　　表2 二極管反向電壓測試數(shù)據(jù)

　　好的電路設(shè)計在對二極管參數(shù)的選擇時，不僅要考慮常溫的參數(shù)，也要考慮在高低溫環(huán)境下的一些突變參數(shù)。知道二極管的這些特性關(guān)系往往會給工程師的選管以及電路故障的分析帶來事半功倍的效果。