二极管选型的多个关键要素

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直接来源| 电子电路

二极管是我们电路板中最常见的部件之一，那么，在选择时，有什么考虑因素呢？

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正向导通压降

压降：与同一参考点相比，二极管)相比，二极管电流过载后的电流变化称为电压降，称为压降。

导通压降：当二极管开始导通时，对应的电压。

正向特性：在二极管外加正向电压时，正向电压很小，不足以克服正向特性的起始部分PN正电流几乎为零。当正电压足以克服时PN结电场时，二极管正向导通，电流随电压升高而迅速上升。

反向特性：当反向电压不超过一定范围时，通过二极管的电流是由少数载流子漂移形成的反向电流。由于反向电流很小，二极管处于截止状态。反向电压增加到一定程度后，二极管反向击穿。

正导压降与导电流的关系

当二极管两端增加正偏置电压时，其内部电场区域变窄，通过正扩散电流可以有更大的正扩散电流PN结。只有当正电压达到一定值(称为门槛电压时，锗管约为0.2V，硅管约为0.6V)以后二极管才能真正导通。但是二极管的导压降是恒定的吗？它与正向扩散电流有什么关系？常温下通过下图1测试电路对型号SM360A测试导通电流与导通压降降之间的关系，可以得到如图2所示的曲线关系：正导电压降与导电流成正比，浮动压差为0.2V。从轻载导通电流到额定导通电流的压差虽仅为0.2V，但对于功率二极管，它不仅影响效率，而且影响二极管的温升。因此，在价格条件允许的情况下，尽量选择导压降低、额定工作电流是实际电流的两倍。

图1二极管导通压降试电路

图2导通压降与导通电流的关系

在产品开发过程中，高低温环境对电子元件的影响是产品稳定性的最大障碍。环境温度对大多数电子元件的影响无疑是巨大的，二极管也不例外。在高低温环境下SM360A实测数据表1与图33的关系曲线可以看出，二极管的导通压降与环境温度成反比。环境温度为-45℃虽然导通压降最大，但不影响二极管的稳定性，但环境温度为75℃当时，外壳温度已超过数据手册给出的125℃，则该二极管在75℃必须降额使用。这就是为什么开关电源需要在某个高温点降低金额的原因之一。

表1导通压降和导通电流测试数据

图3导压与环境温度之间的关系

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额定电流、最大正电流IF

额定电流IF指二极管长期运行时根据运行温升计算的平均电流值。目前，二极管最大功率整流IF值可达1000A。

指二极管长期连续工作时允许通过的最大正平均电流值PN结面积及外部散热条件等有关。当电流通过管道时，管芯会发热，温度升高，温度超过允许限度（硅管约141，锗管约90），管芯会过热损坏。因此，二极管在规定的散热条件下不得超过二极管的最大整流电流值。例如，常用IN4001-4007型锗二极管额定正向工作电流为1A。

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最大平均整流电流Io

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。

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最大浪涌电流IFSM

运行过多的正电流。不是正常电流，而是瞬时电流，值相当大。

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最大反向峰值电压VRM

即使没有反向电流，只要反向电压不断增加，迟早会损坏二极管。这种反向电压不是瞬时电压，而是反复的正反向电压。由于交流电压被添加到整流器中，其最大值是指定的重要因素。最大反向峰值电压VRM指最大反向电压，以避免击穿。目前最高的VRM值可达几千伏。

6

最大反向电压VR

上述最大反向峰值电压是反复增加的峰值电压，VR是直流电压的连续增加值。对于直流电流，最大直流反向电压对于确定允许值和上限值非常重要。

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工作频率最高fM

由于PN当工作频率超过一定值时，其单向导电性会变差。点接触式二极管fM值较高，在100MHz以上；二极管整流fM低一般不超过几千Hz。

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反向恢复时间Trr

当正向工作电压从正向电压变为反向电压时，二极管工作的理想情况是电流可以立即停止。事实上，通常会推迟一点时间。决定电流截止延迟的数量是反向恢复时间。

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最大功率P

当电流流过二极管时，它会吸收热量，提高温度。最大功率P是功率的最大值。具体来说，加载二极管两端的电压乘以流过的电流。该极限参数对稳压二极管和可变电阻二极管尤为重要。

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反向饱和漏电流IR

在二极管两端加入反向电压时，流过二极管的电流与半导体材料和温度有关。硅管在室温下IR为nA（10-9A）级，锗管的IR为mA（10-6A）级

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降额(结温降额)

根据温度降低10，可以提高产品的可靠性，延长使用寿命℃下面列出了不同额定结温管的最小降额结温数据。

表1 二极管降额

额定值TjM	125℃	150℃	175℃	200℃
可在降额后使用TjM	110℃	135℃	160℃	185℃

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安规

在选型阶段，应考虑设备是否通过了安全认证，主要考虑功率设备。一般来说，安全认证类型在各国广泛接受UL（北美）、CSA(加拿大)，TUV（德国）、VDE等

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可靠性设计

正确选择设备周围的线路设计、机械设计和热设计，控制设备在整机中的工作条件，防止各种不适当的应力或操作损坏设备，最大限度地发挥设备的固有可靠性。

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容差设计

设计单板时，应放宽设备参数允许变化的范围（包括制造容差、温度漂移和时间漂移），以确保设备的参数在一定范围内变化时，单板能正常工作。

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禁止选用封装

禁止选用轴向插装的二极管封装、禁止选用Open-junction二极管。

O/J是OPEN JUNCTION的晶圆扩散工艺，在晶圆扩散后切片成晶粒，晶粒的边缘是粗糙的，电性能不稳定，需要用混合酸（主要成分为氢氟酸）洗掉边缘，然后包以硅胶并封装成型，可信赖性较差。

GPP是Glassivation passivation parts的缩写，是玻璃钝化类器件的统称，该产品就是在现有产品普通硅整流扩散片的基础上对拟分割的管芯P/N结面四周烧制一层玻璃，玻璃与单晶硅有很好的结合特性，使P/N结获得最佳的保护，免受外界环境的侵扰，提高器件的稳定性，可信赖性极佳。

O/J的散热性没有GPP的好，两者本质结构截然不同:O/J芯片需要经过酸洗后加铜片焊接配合硅胶封装，内部结构上显得比GPP的大；GPP芯片造的整流桥免去了酸洗、上硅胶等步骤，直接与整流桥的铜连接片焊接。内部结构显的比O/J芯片制造而成的小。才造成直观的、习惯性的误解。

GPP芯片和OJ芯片的综合评价：

1、GPP芯片在wafer阶段即完成玻璃钝化，并可实施VR的probe testing，而OJ芯片只有在制得成品后测试VR。

2、VRM为1000V的GPP芯片，通常从P+面开槽和进行玻璃钝化，台面呈负斜角结构(表面电场强度高于体内)，而OJ芯片的切割不存在斜角。 

3、GPP芯片的玻璃钝化分布在pn结部分区域(不像GPRC芯片对整个断面实施玻璃钝化，而OJ芯片对整个断面施加硅橡胶保护。

4、GPP芯片由于机械切割的原因留下切割损伤层，而OJ芯片的切割损伤层可经化学腐蚀去除掉。

5、GPP芯片采用特殊高温熔融无机玻璃膜钝化，Tjm及HTIR稳定性高于用有机硅橡胶保护的OJ制品。 

6、GPP芯片适合小型化、薄型化、LLP封装，而OJ芯片适合引出线封装。

在制作工艺上的区别：

（1）OJ的芯片必须经过焊接、酸洗、钝化、上白胶、成型固化烘烤等步骤,其电性（反向电压）与封装酸洗工艺密切相关，常规封装形式为插件式。

（2）而GPP在芯片片制造工艺中已包含酸洗、钝化。其电性由芯片片直接决定，常见封状形式为贴片式。

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