二极管关键参数及选型指导

半导体二极管的主要参数
1、反向饱和漏电流IR
　　指在二极管两端加入反向电压时，流过二极管的电流，该电流与半导体材料和温度有关。在常温下，硅管的IR为纳安（10^{-9A）级，锗管的IR为微安（10}-6A）级。
2．额定整流电流IF
额定整流电流指二极管长期运行时，根据允许温升折算出来的平均电流值，目前大功率整流二极管的IF值可达1000A。二极管的正向电流实际上分为额定整流电流IF、可重复峰值电流IFRM、不可重复峰值电流IFSM，IFSM是二极管可承受的最大浪涌电流。
3. 最大平均整流电流IO
　　在半波整流电路中，流过负载电阻的平均整流电流的最大值, 指整流后的直流电流，这是设计时非常重要的值。在规格书上通常小于IF。
4. 最大浪涌电流
　　允许流过的过量的正向电流，它不是正常电流，而是瞬间电流，这个值相当大。
5．最大反向峰值电压VRM
　　即使没有反向电流，只要不断地提高反向电压，迟早会使二极管损坏，这种能加上的反向电压，不是瞬时电压，而是反复加上的正反向电压。因给整流器加的是交流电压，它的最大值是规定的重要因子。最大反向峰值电压VRM指为避免击穿所能加的最大反向电压。目前最高的VRM值可达几千伏。
6. 最大反向直流电压VR
　　上述最大反向峰值电压是反复加上的峰值电压，VR是连续加直流电压时的值，用于直流电路，最大直流反向电压对于确定允许值和上限值是很重要的.
7．最高工作频率fM
　　由于PN结的结电容存在，当工作频率超过某一值时，它的单向导电性将变差。点接触式二极管的fM值较高，在100MHz以上；整流二极管的fM较低，一般不高于几千赫。在高频线路中结电容过大会造成容抗很低，可能旁路二极管。
　　结电容大小和反向恢复时间共同影响二极管最高工作频率。
8．反向恢复时间Trr（Trr与fM有什么关系呢？）
　　当工作电压从正向电压变成反向电压时，二极管工作的理想情况是电流能瞬时截止。实际上，一般要延迟一点点时间，而这个时间可以用反向恢复时间Trr来衡量，即当二极管由导通突然反向时，反向电流由很大衰减到接近IR（反向饱和漏电流）时所需要的时间。虽然它直接影响二极管的开关速度，但不一定说这个值小就好。若大功率开关管工作在高频开关状态时的Trr较大，一是会影响开关速度，二是管子可能会过热烧毁。
　　影响反向恢复时间的关键因素在于制成PN结时少数载流子的数量，当少子越少，反向恢复时间就越短。
9. 最大功率P
　　最大功率P就是加在二极管两端的电压乘以流过的电流。当二极管两端所加电压与流过电流的乘积大于P时，管子就会因为过热烧毁。这个极限参数对稳压二极管，可变电阻二极管显得特别重要。

几种常用二极管的特点
1．整流二极管
　　整流二极管结构主要是平面接触型，其特点是允许通过的电流比较大，反向击穿电压比较高，但PN结电容比较大，一般广泛应用于处理频率不高的电路中，例如整流电路、嵌位电路、保护电路等。整流二极管在使用中主要考虑的问题是最大整流电流IO和最高反向工作电压VRM应大于实际工作中的值。
2．快速二极管与肖特基二极管
　　快速二极管的工作原理与普通二极管是相同的，但由于普通二极管工作在开关状态下的反向恢复时间较长，约4～5ms，不能适应高频开关电路的要求。快速二极管主要应用于高频整流电路、高频开关电源、高频阻容吸收电路、逆变电路等，其反向恢复时间可达10ns。快速二极管主要包括快恢复二极管和肖特基二极管。其中肖特基二极管区别与快速二极管的是SBD反向恢复时间很小，约为几纳秒。
　　快恢复二极管（简称FRD）是一种具有开关特性好、反向恢复时间短特点的半导体二极管，主要应用于开关电源、PWM脉宽调制器、变频器等电子电路中，作为高频整流二极管、续流二极管或阻尼二极管使用。其正向压降高于普通二极管（1-2V），反向耐压多在1200V以下。从性能上可分为快恢复和超快恢复两个等级。前者反向恢复时间为数百纳秒或更长，后者则在100纳秒以下。快恢复二极管在制造上采用掺金、单纯的扩散等工艺，可获得较高的开关速度，同时也能得到较高的耐压。快恢复二极管的内部结构与普通PN结二极管不同，它属于PIN结型二极管。因基区很薄，反向恢复电荷很小，所以快恢复二极管的反向恢复时间较短，正向压降较低，反向击穿电压（耐压值）较高。目前快恢复二极管主要应用在逆变电源中作整流元件，高频电路中的限幅、嵌位等。
　　肖特基（Schottky）二极管也称肖特基势垒二极管（简称SBD），是由金属与半导体接触形成的势垒层为基础制成的二极管，其主要特点是正向导通压降小（约0.45V），反向恢复时间短（10-40纳秒）和开关损耗小，是一种低功耗、超高速半导体器件，广泛应用于开关电源、变频器、驱动器等电路，作高频、低压、大电流整流二极管、续流二极管、保护二极管使用，或在微波通信等电路中作整流二极管、小信号检波二极管使用，肖特基二极管应用在高频低压电路中，是比较理想的。肖特基二极管存在的问题是耐压比较低，反向漏电流比较大。目前应用在功率变换电路中的肖特基二极管的大体水平是耐压在150V以下，平均电流在100A以下，反向恢复时间在10～40ns。一个典型的应用，是在双极型晶体管BJT的开关电路里面，通过在BJT上连接肖特基二极管来箝位，使得晶体管在导通状态时其实处于很接近截止状态，从而提高晶体管的开关速度。
3．稳压二极管
　　稳压二极管（又称齐纳二极管）是利用PN结反向击穿特性所表现出的稳压性能制成的器件。稳压二极管也称齐纳二极管或反向击穿二极管，在电路中起稳定电压作用。它是利用二极管被反向击穿后，在一定反向电流范围内反向电压不随反向电流变化这一特点进行稳压的。在反向电压较低时，稳压二极管截止；当反向电压达到一定数值时，反向电流突然增大，稳压二极管进入击穿区，此时即使反向电流在很大范围内变化时，稳压二极管两端的反向电压也能保持基本不变。但若反向电流增大到一定数值后，稳压二极管则会被彻底击穿而损坏。稳压管的主要参数有：

稳压值VZ ，指当流过稳压管的电流为某一规定值时，稳压管两端的压降；
电压温度系数β，当 VZ<4V时为负温度系数，当VZ>7V时为正温度系数，而VZ在6V左右时，其温度系数近似为零。目前低温度系数的稳压管是由两只稳压管反向串联而成，利用两只稳压管处于正反向工作状态时具有正、负不同的温度系数，可得到很好的温度补偿；
动态电阻rZ，表示稳压管稳压性能的优劣，一般工作电流越大rZ越小；
允许功耗PZ，由稳压管允许达到的温升决定，小功率稳压管的PZ值为100～1000mW,大功率的可达50W；
稳定电流IZ，稳压管可以实现稳压时必须满足的电流条件，有一个上下限范围，当实际流过稳压管的电流低于IZ时仍能稳压，但rZ较大。稳压额管的最主要的用途是稳定电压，在要求精度不高、电流变化范围不大的情况下，可选与需要的稳压值最为接近的稳压管直接同负载并联。在稳压、稳流电源系统中一般作基准电源，也有在集成运放中作为直流电平平移。其存在的缺点是噪声系数较高，稳定性较差。一般稳压二极管组成的
PN 结面积很小，所以它能承受的反向电流较小，一般小功率稳压管 (0.5-1W)其最大反向电流为几十毫安到几百毫安。

4．TVS二极管
TVS(Transient Voltage Suppressor)二极管，又称为瞬态抑制二极管，是普遍使用的一种新型高效电路保护器件，它具有极快的响应时间（亚纳秒级）和相当高的浪涌吸收能力，这种二极管可以以ps级的速度把过高的电压限制在一个安全范围之内，从而起到保护后面电路的作用。当TVS两端经受瞬间的高能量冲击时，TVS能以极高的速度把两端间的阻抗值由高阻抗变为低阻抗，以吸收一个瞬间大电流，把它的两端电压箝制在一个预定的数值上，从而保护后面的电路元件不受瞬态高压尖峰脉冲的冲击。瞬态抑制二极管的PN结面积较大，可耗散的功率较大，允许最大的反向电流可达几安到几十安，因此它可以吸收瞬时高电压脉冲所造成的瞬间大电流。TVS虽然结面积较齐纳二极管较大，但是其结电容却很小，这一点对于手持设备的高频端口非常重要，因为过高的电容会影响数据传输，造成失真或是降级，通常线路的频率越高就要求线路中器件的电容越小，因为结电容（或附加电容）的阻抗Z=1/jwc，当w增大时，若c保持不变则阻抗Z就会很小，可能会旁路元器件。
一般稳压二极管是0.5-3W, 而TVS管可达300W到1500W ，有些用于高压的可达10kW 以上。在正常工作时，瞬态二极管不工作，相当开路;当工作电压中有瞬间高压脉冲时，瞬态二极管在高压脉冲作用瞬间被籍位于TVS的钳位电压（约9V）左右，这瞬间9V电压对 5V 工作的电路是安全的。当高压脉冲过去后，瞬态二极管又相当开路，由此可见在电源电压正常时(或略有波动时)瞬态二极管不工作，也不损耗电路。在有瞬间高压脉冲时，它吸收了瞬间大电流而钳位在比工作电源略高的电压上保护了电路。TVS的主要性能参数如下：

反向关断电压VRWM：即TVS允许的正常工作电压，低于这个电压时TVS不起作用，高于这个值时二极管开始逐渐反向击穿。
击穿电压最小值/最大值VBR：是指TVS的击穿电压范围，大于等于这个范围的输入电压就会完全击穿TVS管，选用TVS时击穿电压最小值一定要大于正常工作电压的最大值。按TVS的VBR与标准值的离散程度，可把VBR分为5％和10％两种，对于5％的VBR来说，VRWM=0.85VBR；对于10％的V（BR）来说，VRWM=0.81VBR。
钳位电压最大值VC：是指TVS二极管在工作电流达到最大值时的钳位电压，即将瞬间高脉冲电压钳位在TVS的钳位电压上，VC与VBR之比称为钳位因子，一般在1.2~1.4之间，即VC=1.3VBR。选用TVS时要求钳位电压要低于被保护回路可承受的极限电压，否则会烧毁回路。
峰值脉冲电流Ipp：是指反向击穿后通过TVS的最大电流，我们可以计算当TVS工作在最大钳位电压9.2V时，如果通过的电流为峰值脉冲电流65.2A时，功率P=9.2 x 65.2=599.84W，和TVS的最大功率600W一致。
最大峰值脉冲功率Pppm：这是基于钳位电压VC和此时的峰值脉冲电流Ipp。在给定的最大箝位电压下，Pppm越大，其浪涌电流的承受能力越大。在给定的Pppm下，箝位电压VC越低，其浪涌电流的承受能力越大。另外，Pppm还与脉冲波形、持续时间和环境温度有关，手册中标示出的Pppm值是在脉宽为10/1000us时所测到的值，Pppm随着脉冲的宽度递减。有时不仅要考虑TVS的最大功率，还要考虑其泻放速率，泻放越快动态电阻越小，TVS质量越好。TVS所能承受的瞬态脉冲是不重复的，器件规定的脉冲重复频率(持续时间与间歇时间之比)为0.01%。如果电路内出现重复性脉冲，应考虑脉冲功率的累积，有可能损坏TVS。对于手持设备，一般来说500W的TVS 就足够了。
结电容Cj：电容量Cj是由TVS雪崩结截面决定的，是在特定的1MHz 频率下测得的。Cj的大小与TVS 的电流承受能力成正比，Cj太大将使信号衰减。因此，Cj是数据接口电路选用TVS 的重要参数。电容对于数据/信号频率越高的回路，二极管的电容对电路的干扰越大，形成噪声或衰减信号强度，因此需要根据回路的特性来决定所选器件的电容范围

TVS选型步骤：首先确定TVS的Ipp ，TVS是用来防护浪涌电流的，知道要防护的最大电流Ipp最好，如果不知Ipp，可以根据信号的功率确定Ipp；其次确定待防护电路的直流电压或持续工作电压，如果是交流电，应计算出最大值，即用有效值*1.414；根据已知工作电压，选择TVS的Vrwm，要求Vrwm要大于工作电压，否则工作电压大于Vrwm会导致TVS反向漏电流增大，接近导通，或者雪崩击穿，影响正常电路工作；所选TVS的最大箝位电压Vc不能大于被防护电路可以承受的最大电压，否则当TVS钳在Vc时会对电路造成损坏；单极性还是双极性-双向TVS用于交流电或来自正负双向脉冲的场合，如果电路只有正向电平信号，那麽单向TVS就足够了。

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