基于雪崩性能選擇肖特基二極管

　　圖8：ISO7637-2脈沖5b“鉗位的拋負(fù)載”。

　　事實(shí)上，最嚴(yán)格的正脈沖是脈沖5b，尖峰電壓一般是+36V，持續(xù)時(shí)間是300ms，串聯(lián)電阻是0.5Ω。最嚴(yán)格的負(fù)脈沖是脈沖1，它的峰值能達(dá)到-100V，持續(xù)時(shí)間為2ms，瞬時(shí)峰值電流為10A。

　　脈沖3a的指標(biāo)是-150V、50Ω串聯(lián)電阻和100ns的持續(xù)時(shí)間，其能量要比脈沖1小得多--意味著如果肖特基二極管指標(biāo)符合脈沖1要求，那么脈沖3a一點(diǎn)問(wèn)題也沒(méi)有。

　　用于反向電池保護(hù)的肖特基二極管選擇標(biāo)準(zhǔn)明確定義為既能滿足電子模塊的正常工作電流(圖1中的If )，也能承受ISO7637-2脈沖。

　　圖1：將肖特基二極管用作反向電池保護(hù)的有源汽車(chē)模塊的典型原理圖

　　下面讓我們看一下STPS5H100肖特基二極管。這種器件的技術(shù)指標(biāo)如表1所示。

　　表1：STPS5H100特性

　　脈沖5b浪涌測(cè)試(圖8)是在使用具有自動(dòng)保護(hù)功能的交流發(fā)電機(jī)場(chǎng)合最具能量的正浪涌脈沖，具有36V浪涌電壓、0.5Ω串聯(lián)電阻、300ms脈沖持續(xù)時(shí)間--我們可以評(píng)估浪涌發(fā)生期間STPS5H100上通過(guò)的最大電流。

　　圖9：脈沖5b浪涌測(cè)試原理圖

　　根據(jù)圖9在測(cè)試平臺(tái)上進(jìn)行測(cè)量將產(chǎn)生以下曲線：

　　圖10：瞬態(tài)抑制器側(cè)的電流和電壓

　　上圖顯示了流經(jīng)反向電池保護(hù)電路的電流和瞬態(tài)抑制器上的電壓。其中值得注意的是電流脈沖持續(xù)時(shí)間。為了確保這種電流浪涌兼容STPS5H100，有必要與表1給出的IFSM(浪涌非重復(fù)性前向電流)進(jìn)行比較。這張表顯示STPS5H100能夠支持最大電流為75 ARMS、持續(xù)時(shí)間為10ms的正弦波信號(hào)。

　　這種17.2A、70ms指數(shù)式浪涌等效于17.2A、154ms的正弦波浪涌(參考AN316應(yīng)用筆記)。正弦波的變化符合i2t = 常數(shù)這個(gè)規(guī)律。而19A、154ms的浪涌在能量上等效于67A、10ms的正弦波。這樣，我們就可以將這個(gè)結(jié)果與75A、10ms的IFSM指標(biāo)進(jìn)行比較。因此我們可以看到STPS5H100能夠順利通過(guò)規(guī)定的脈沖5b測(cè)試。

　　如果我們看一下圖11所示的脈沖1，事情就不一樣了，因?yàn)樾ぬ鼗O管正在反向模式導(dǎo)通。

　　圖11：脈沖1的應(yīng)用案例

　　這個(gè)100V VRRM的二極管將激活成反向模式，因?yàn)樵谄涠俗由系碾妷菏?113.5V(由于電容電荷的原因等于Vsurge + Vbat)。

　　根據(jù)圖12(下面第一張圖)所示原理圖進(jìn)行Pspice仿真結(jié)果可以顯示SPTS5H100消耗的功率，如圖13所示(下面第二張圖)。

　　圖12：脈沖1浪涌測(cè)試的Pspice模型

　　圖13：Pspice仿真結(jié)果

　　從圖13可以看出，峰值功率是118W的三角形狀，持續(xù)時(shí)間約120μs。這種三角波等效于59W、持續(xù)時(shí)間為120μs的方形脈沖。

　　現(xiàn)在，為了確保這張圖符合STPS5H100特性，我們必須仔細(xì)查看圖14。

　　圖14：歸一化的雪崩功率降級(jí)與脈沖持續(xù)時(shí)間關(guān)系。(STPS5H100數(shù)據(jù)手冊(cè)中的圖3)

　　這個(gè)降級(jí)曲線表明，STPS5H100能夠消耗的等效雪崩功率為0.035 * PARM = 252W。因此在這個(gè)例子中，STPS5H100符合ISO7637-2，可確保良好的反向電池保護(hù)功能。

　　本文小結(jié)

　　連接汽車(chē)電源軌的電子模塊可能會(huì)受到由于不良電池操作引起的極性反轉(zhuǎn)的影響。為了確保電路安全，模塊制造商經(jīng)常會(huì)增加一些反向電池保護(hù)器件如肖特基二極管，而不是雙極型二極管，因?yàn)樾ぬ鼗O管具有良好的方向傳導(dǎo)性能。模塊制造商傾向于選擇“高”擊穿電壓(150V)的肖特基管以便通過(guò)ISO7637-2脈沖1和脈沖3a測(cè)試及分別強(qiáng)加的-100V和-150V浪涌測(cè)試。因此方向傳導(dǎo)性能沒(méi)有最優(yōu)化，因?yàn)閾舸╇妷涸礁?，前向壓降就越大?/P>

　　盡管如此，還是可以使用更低擊穿電壓的肖特基二極管，比如100V的肖特基二極管。如上所述，由于具有更低的壓降、能夠在ISO7637-2負(fù)浪涌測(cè)試期間工作在雪崩模式，所以肖特基二極管在方向性傳導(dǎo)損耗方面會(huì)帶來(lái)一些好處。