Диод шоттки для чего нужен

Диод Шоттки — это полупроводниковый прибор (диод) реализованный за счет контакта металл-полупроводник. Свое имя получил в честь немецкого физика Вальтера Шоттки.

Особенности диодов Шоттки

В 1938 г. ученым была создана основа теории этих полупроводниковых приборов. Вместо p-n перехода в таких диодах в качестве барьера применен металл-полупроводник. Область полупроводникового материала объединена основными носителями. В месте контакта начинает формироваться область заряда ионизованных акцепторов. В результате в районе перехода возникает потенциальный барьер, который получил название барьера Шоттки. Изменение его уровня приводит к изменению значения тока, протекающему сквозь диод Шоттки. Главной особенностью таких полупроводниковых приборов считается низкий уровень понижения прямого напряжения после p-n перехода, а также отсутствие уровня заряда обратного восстановления.

Диоды Шоттки работают в диапазоне температур от минус 65 0 до плюс 160 0 по Цельсию, значение допустимого обратного напряжения выпускаемых в промышленности диодов ограничено 250 В. Однако широкое применение эти приборы получили в промышленной электронике в низковольтных цепях, обратное напряжение которых ограничено пределом до десятков вольт. Диод Шоттки позволяет получать необходимое значение потенциального барьера путем подбора нужного металла. Достаточно низкий уровень высокочастотного шума позволяет использовать такие диоды в импульсных блоках питания, в цифровой аппаратуре, в качестве приемников излучения, модуляторов света, в трансформаторных блоках аналоговой аппаратуры. Они нашли широкое применение при конструировании солнечных батарей. Принцип барьера Шоттки используют при проектировании и изготовлении быстродействующих СВЧ-диодов. Диод Шоттки конструктивно исполнен в стеклянном, пластмассовом и металлическом корпусах. Также эти приборы выпускаются в SMD-корпусах.

Достоинства и недостатки

Их достоинством, в отличие от кремниевых диодов, является довольно низкое падение напряжения (до 0,2-0,4 вольт). Такое малое значение падения характерно исключительно для диодов Шоттки. Барьер Шоттки тоже имеет меньшее значение электрической емкости перехода, это позволяет заметно повышать рабочую частоту прибора. Также эти устройства характеризуются пониженным значением уровня помех. Диод Шоттки имеет и ряд недостатков. Главным является высокая чувствительность к кратковременным скачкам обратного тока и напряжения, в результате чего происходит короткое замыкание, а диод перегорает. Также диоды такого типа характеризуются увеличением значения обратного тока при повышении температуры кристалла.

Многие неисправности в системных блоках питания возникают из-за неполадок вторичных цепей, работающих совместно с источниками питания. Если ранее очень часто выходили из строя силовые транзисторные ключи, то в настоящее время основной проблемой становятся поломки вторичных выпрямителей, основой которых являются диод Шоттки. В нем используется принцип перехода от металла к полупроводнику. Как правило, большая часть таких диодов используется в цепях с низким напряжением.

Положительные качества диода Шоттки

Если в обычных диодах значение прямого падения напряжения составляет примерно от 0,6 до 0,7 вольта, то применение диодов Шоттки позволяет снизить этот показатель от 0,2 до 0,4 вольта. При этом, максимальное обратное напряжение может составлять до нескольких десятков вольт. Этот показатель дает ограничение в применении диодов Шоттки и предполагает их использование только в низковольтных цепях.

При небольшой электрической емкости перехода, становится возможным произвести значительное увеличение рабочей частоты. Благодаря этому свойству, диод нашел довольно широкое применение для интегральных микросхем. В силовых электрических приборах переходы с малой емкостью имеют короткий восстановительный период, что позволяет выпрямителям работать на высоких частотах.

Улучшенные характеристики по сравнению с обычными выпрямителями позволяют эффективно использовать их для импульсных блоков питания и цифровой аппаратуры.

Недостатки

В том случае, когда максимальное обратное напряжение на короткое время превышает допустимый уровень, диод Шоттки полностью выходит из строя. Это необратимый процесс, после которого становится невозможным восстановление первоначальных свойств.

Кроме того наблюдаются повышенные обратные токи, которые возрастают при росте температуры самого кристалла. В случае некачественного тепло-отведения, действие положительной тепловой обратной связи может привести к аварийному перегреванию диода.

В блоках питания диод Шоттки эффективно применяются при выпрямлении токов в каналах. С учетом высокого значения выходного тока, возникает необходимость в быстром действии выпрямителей, для того, чтобы уменьшить их энергетические потери. Этот фактор приводит к значительному увеличению коэффициента полезного действия источников питания. Кроме того, обеспечивается надежная работа силовых транзисторов, установленных в первой части блоков питания.

Таким образом, диоды Шоттки применяются в тех случаях, когда необходимо уменьшить коммутационные динамические потери, а также при устранении коротких замыканий во время переключения. Это устройство является эффективным выпрямительным элементом.

Как показывает текущая статистика отказов современных системных блоков питания, наибольшее количество неисправностей возникает цепях источников питания. Отказы силовых транзисторных ключей (наиболее типовая неисправность блоков питания предыдущих поколений) время случаются крайне редко, что является показателем тех успехов, которые были достигнуты пятилетие производителями силовой полупроводниковой электроники. Одним проблематичных узлов современных блоков питания становятся вторичные выпрямители Шоттки, что обусловлено большими значениями выходных токов блока питания. Именно высокая частота отказов диодов Шоттки стала основанием для появления этой публикации нашего журнала.

Диод Шоттки (назван немецкого физика Baльтера Шоттки) – полупроводниковый диод падением напряжения при прямом включении. Диоды Шоттки используют переход металл-полупроводник барьера Шоттки (вместо перехода, как диодов). Допустимое обратное напряжение промышленно выпускаемых диодов Шоттки ограничено (MBR40250 большинство диодов Шоттки применяется цепях при обратном напряжении порядка единиц

Достоинства диодов Шоттки

время как обычные кремниевые диоды имеют прямое падение напряжения около 0.6 – 0.7 В, применение диодов Шоттки позволяет снизить это значение до 0.2 – 0.4 малое прямое падение напряжения присуще только диодам Шоттки обратным напряжением порядка десятков вольт. обратных напряжениях, прямое падение становится сравнимым параметром кремниевых диодов, что ограничивает применение диодов Шоттки низковольтными цепями. Например, для силового диода Шоттки 30Q150 возможным обратным напряжением (150 В) при прямом токе падение напряжение нормируется от 0.75 В (T = 125°C) до 1.07 В (T = −55°C).

Барьер Шоттки также имеет меньшую электрическую ёмкость перехода, что позволяет заметно повысить рабочую частоту диода. используется микросхемах, где диодами Шоттки шунтируются переходы транзисторов логических элементов. электронике малая ёмкость перехода короткое время восстановления) позволяет строить выпрямители, работающие кГц Например, диод MBR4015 (15 В, оптимизированный под высокочастотное выпрямление, нормирован для работы при dV/dt до

Благодаря лучшим временным характеристикам емкостям перехода, выпрямители Шоттки отличаются диодных выпрямителей пониженным уровнем помех, что делает предпочтительными для применения блоках питания аналоговой аппаратуры.

Недостатки диодов Шоттки

при кратковременном превышении максимального обратного напряжения, диод Шоттки необратимо выходит диодов, которые переходят обратного пробоя, условии непревышения рассеиваемой максимальной мощности, после падения напряжения диод полностью восстанавливает свои свойства.

диоды Шоттки характеризуются повышенными (относительно обычных кремниевых диодов) обратными токами, возрастающими температуры кристалла. 30Q150 обратный ток при максимальном обратном напряжении изменяется от 0.12 мА при +25°C до 6.0 мА при +125°C. диодов ТО-220 обратный ток может превышать величину миллиампер до при +125°C). условиях теплоотвода положительная обратная связь по теплу Шоттки приводит катастрофическому перегреву.

характеристика барьера Шоттки имеет ярко выраженный несимметричный вид. прямых смещений ток экспоненциально растёт приложенного напряжения. обратных смещений ток случаях, при прямом смещении, ток Шоттки обусловлен основными носителями электронами.

По этой причине диоды барьера Шоттки являются быстродействующими приборами, поскольку отсутствуют рекомбинационные процессы. Несимметричность характеристики барьера Шоттки является типичной для барьерных структур. Зависимость тока структурах обусловлена изменением числа носителей, принимающих участие зарядопереноса. напряжения заключается числа электронов, переходящих части барьерной структуры

Диоды Шоттки питания

В системных блоках питания, диоды Шоттки используются для выпрямления тока каналов +3.3В и +5В, а, как известно, величина выходных токов этих каналов составляет десятки ампер, что приводит очень серьезно относиться быстродействия выпрямителей потерь. Решение этих вопросов способно значительно увеличить КПД источников питания надежность работы силовых транзисторов первичной части блока питания.

Итак, для уменьшения динамических коммутационных потерь режима короткого замыкания при переключении, сильноточных каналах (+3.3В и +5В), где эти потери наиболее значительны, выпрямительных элементов используются диоды Шоттки. Применение диодов Шоттки каналах обусловлено следующими соображениями:

1) Диод Шоттки является практически безынерционным прибором малым временем восстановления обратного сопротивления, что приводит обратного вторичного тока и броска тока через коллекторы силовых транзисторов первичной части переключения диода. степени снижает нагрузку транзисторы, и, как результат, увеличивает надежность блока питания.

2) Прямое падение напряжения Шоки также очень мало, что при величине тока обеспечивает значительный выигрыш

Так как блоках питания очень мощным становится напряжения +12В, то применение диодов Шоттки канале также значительный энергетический эффект, однако +12В нецелесообразно. что при обратном напряжении свыше 50В (а +12В обратное напряжение может достигать величины и 60В) диоды Шоттки начинают плохо переключаться (слишком долго этом возникают значительные обратные токи утечки), что приводит всех преимуществ Поэтому +12В используются быстродействующие кремниевые импульсные диоды. сейчас выпускаются диоды Шоттки и обратным напряжением, но питания считается нецелесообразным по разным причинам, числе плана. правилах имеются исключения, поэтому блоках питания можно встретить диодные сборки Шоттки и +12В.

В современных системных блоках питания компьютеров диоды Шоттки представляют собой, как правило, диодные сборки диодов (диодные полумосты), что однозначно повышает технологичность блоков питания, улучшает условия охлаждения диодов. Использование отдельных диодов а сборок, является сейчас показателем низкокачественного блока питания.

Диодные сборки выпускается, типах корпусов

— TO-220 (менее мощные сборки токами до иногда до 25-30А);

— TO-247 (более мощные сборки токами

— TO-3P (мощные сборки).

Электрическая схема диодной сборки Шоттки представлены на

Электрические характеристики диодных сборок, наиболее часто используемых системных блоках питания представлены

Взаимозаменяемость диодных сборок определяется, исходя из Естественно, что при невозможности использовать диодную сборку характеристиками, лучше проводить замену значениями тока случае гарантировать стабильную работу блока питания будет невозможно. Известны случаи, когда производители применяют блоках питания диодные сборки запасом по мощности (хотя чаще приходится наблюдать ситуацию, как раз, обратную), ремонте можно установить прибор значениями тока или напряжения. Однако при такой замене необходимо самым тщательным образом проанализировать характеристики блока питания нагрузки, ответственность такой доработки, естественно, ложится специалиста, производящего ремонт.

Проявление неисправностей диодов Шоттки

Как уже отмечалось, неисправность диодов Шоттки является одной проблем современных блоков питания. предварительным признакам можно предположительно определить Таких признаков несколько.

при пробоях вторичных выпрямительных диодов, как правило, срабатывает защита, питания проявляться

1) При включении блока питания вентилятор «дергается», совершает несколько оборотов после этого выходные напряжения полностью отсутствуют, источник питания блокируется.

2) После включения блока питания вентилятор «дергается» постоянно, блока питания можно наблюдать пульсации напряжения, защита срабатывает периодически, питания при этом полностью

3) Признаком неисправности диодов Шоттки является чрезвычайно сильный разогрев вторичного радиатора, они установлены.

4) Признаком утечки диодов Шоттки может являться самопроизвольное выключение блока питания, при увеличении нагрузки (например, при запуске программ, обеспечивающих 100% загрузку процессора), невозможность запустить компьютер после «апгрейда», хотя мощность блока питания является достаточной.

Кроме того, необходимо осознавать, что питания схемотехникой, утечки выпрямительных диодов приводят первичной цепи и тока через силовые транзисторы, что может стать причиной Таким образом, профессиональный подход блоков питания, диктует обязательную проверку вторичных выпрямительных диодов при каждой замене силовых транзисторов-ключей первичной части блока питания.

Диагностика диодов Шоттки

Проверка диагностика диодов Шоттки, является достаточно непростым делом, многое здесь определяется типом используемого измерительного прибора подобных измерений, хотя определить обычный пробой одного или двух диодов диодной сборки Шоттки особого труда. необходимо выпаять диодную сборку тестером оба диода согласно схеме диагностике тестер необходимо установить проверки диодов. Неисправный диод направлениях покажет одинаковое сопротивление (как правило, очень малое, покажет короткое замыкание), что непригодность для дальнейшего использования. Однако явные пробои диодных сборок встречаются очень

В приходится иметь дело (причем зачастую утечками) диодов Шоттки. утечки, выявить таким способом невозможно. «Утекающий» диод при проверках тестером «диод» является большинстве случаев полностью исправным. Гарантированную точность диагностики, взгляд, позволяет дать только такой метод, как замена диода исправный аналогичный прибор.

Но выявить «подозрительный» диод можно попытаться методики, заключающейся сопротивления его обратного перехода. будем пользоваться проверки диодов, омметром.

Внимание! этой методики следует помнить, что разные тестеры могут давать отличающиеся показания, что объясняется различием самих тестеров.

Итак, устанавливаем предел измерений [20К] обратное сопротивление диода практика, исправные диоды пределе измерений должны показывать бесконечно большое сопротивление.

при измерении выявляется некоторое, как правило, небольшое сопротивление то такой диод можно считать «очень подозрительным» лучше заменить, или проверить методом замены. проводить проверку измерений [200К], то даже исправные диоды могут показывать направлении очень небольшое сопротивление (единицы кОм), поэтому использовать предел [20К]. Естественно, что пределах измерений (2 Мом, даже абсолютно исправный диод оказывается полностью открытым, его переходу прикладывается слишком высокое (для диодов Шоттки) обратное напряжение. [200К] можно проводить проверку сравнительным методом, брать гарантированно-исправный диод, измерять его обратное сопротивление проверяемого диода. Значительные отличия измерениях будут указывать замены диодной сборки.

Иногда встречаются ситуации, когда выходит только один сборки. случае неисправность также легко выявляется методом сравнения обратного сопротивления двух диодов одной сборки. Диоды одной сборки должны иметь одинаковое сопротивление.

Предложенную методику можно дополнить еще устойчивость. проверки заключается момент времени, когда проверяется сопротивление обратного перехода измерений [20K] абзац), необходимо коснуться разогретым паяльником контактов диодной сборки, обеспечивая тем самым прогрев Неисправная диодная сборка практически мгновенно начинает «плыть», сопротивление начинает очень быстро уменьшаться, время как исправная диодная сборка достаточно долго удерживает обратное сопротивление большом значении. очень важна, при работе диодная сборка сильно нагревается нагрева изменяет свои характеристики. Рассмотренная методика обеспечивает проверку устойчивости характеристик диодов Шоттки колебаниям, ведь увеличение температуры корпуса до 125°C увеличивает значение обратного тока утечки раз

Вот так можно попытаться проверить диод Шоттки, однако предложенными методиками злоупотреблять, проводить проверки большом пределе измерений сопротивления сильно разогревать диод, теоретически, все это может привести

Кроме того, отказа диодов Шоттки под действием температуры, необходимо строго соблюдать все рекомендуемые условия пайки (температурный режим пайки). отдать должное производителям диодов, так как многие добились того, что монтаж сборок можно осуществлять при высокой температуре 250 °C