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Nexperia 的沟槽肖特基二极管提高电源效率

关键词:肖特基二极管 电源效率

时间:2023-04-27 11:29:17      来源:网络

通常,异步开关模式电源 (SMPS) 的主要损耗源是二极管的非理想特性。解决此问题的一种方法是使用同步 SMPS,其中二极管被受控 MOSFET 开关取代。这种方法肯定会提高效率;然而,它是以增加电路和需要控制为代价的。

通常,异步开关模式电源 (SMPS) 的主要损耗源是二极管的非理想特性。解决此问题的一种方法是使用同步 SMPS,其中二极管被受控 MOSFET 开关取代。这种方法肯定会提高效率;然而,它是以增加电路和需要控制为代价的。 


同步与异步升压转换器。图片由 Cadence提供

另一方面,可以通过不断改进我们的非理想二极管的特性来创建高效的异步 SMPS。Nexperia 正在采取这种方法。 

本周,Nexperia发布了新的沟槽肖特基整流二极管,旨在显着提高异步 SMPS 的效率。在深入研究 Nexperia 的新创新之前,有必要深入了解二极管,更具体地说是肖特基二极管。 

二极管的非理想性 

当工程师次了解二极管时,他们几乎总是将它们了解为没有正向压降或漏电流的完美理想器件。他们当然没有听说过反向恢复时间 (RRT)。不幸的是,现实世界并不理想,这些性能特征限制了二极管的效率,特别是在 SMPS 等高频开关应用中。


反向恢复时间的图形表示。图片由ROHM Semiconductor提供

二极管的一个损耗源是它的正向压降,它因器件类型而异,表示系统中不需要的损耗。此外,二极管往往会表现出非理想的漏电流,这是效率低下的根源。 

SMPS 应用中二极管的另一个损耗源是开关损耗。真正的二极管不能瞬间从正向偏压变为反向偏压;存在延迟此过程的正向和反向恢复时间。这种非理想的转换状态会导致恢复期间的电压和电流重叠,如果不小心控制,可能会导致损耗。 

考虑到这一点,沟槽肖特基二极管究竟是如何影响这个话题的?

什么是沟槽肖特基二极管? 

理想情况下,整流二极管应表现出低正向压降、高反向阻断电压、可忽略的漏电流和低寄生电容。不幸的是,这些通常需要权衡取舍,因此很难获得具有所有特性的二极管。


平面(左)与沟槽(右)肖特基二极管。图片由 Nexperia提供

沟槽肖特基二极管是一种试图在相反方向上耗尽器件漂移区并使沿漂移区的电场分布变平的器件。这个过程是通过在硅中蚀刻沟槽并用多晶硅填充它们来完成的,从而在设备中创建一个“沟槽”。 


沟槽与平面肖特基二极管的反向恢复行为。图片由 Nexperia提供

这种配置的结果是器件在反向阻断电压和漏电流之间具有良好的平衡。另一个好处是其高电流密度导致更小的有效结电容。这一优势意味着沟槽器件表现出较低的存储电荷 (Qrr),从而缩短反向恢复时间并终降低开关损耗。 

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