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Nexperia的Trench肖特基二极管提高了电能效率

2天前通过杰克赫兹

本周,Nexperia发布了一组新的沟槽肖特基二极管,他们声称这种二极管比以往任何时候都更高效。

通常,在一个异步开关模式电源(SMPS)的主要损失来源是二极管的非理想性。解决这个问题的一种方法是使用异步SMPS,其中二极管被一个控制的MOSFET开关取代。这种方法肯定会提高效率;然而,这是以增加电路和精确控制的需要为代价的。

同步vs.异步升压转换器。

同步vs.异步升压转换器。图片由节奏

另一方面,通过不断改进非理想二极管的特性,可以产生高效的异步SMPS。这就是Nexperia正在采取的方法。

本周,Nexperia发布了新的沟道肖特基整流二极管,旨在显著提高异步SMPS的效率。在深入研究Nexperia的新创新之前,有必要对二极管进行更深入的研究,更具体地说,是肖特基二极管。

二极管Nonidealities

当工程师们第一次了解二极管时,他们几乎总是把它看作是没有正向降或漏电流的完美理想器件。他们肯定没听说过反向恢复时间(RRT)。不幸的是,现实世界并不理想,而这些性能特性限制了二极管的效率,特别是在高频开关应用中,如SMPS。

反向恢复时间的图形表示。

反向恢复时间的图形表示。图片由罗姆半导体

二极管损耗的一个来源是它的正向降,这在不同的器件类型中是不同的,代表了系统中不需要的损耗。此外,二极管往往表现出非理想的漏电流,这是效率低下的一个来源。

在SMPS应用中,二极管损耗的另一个来源是开关损耗。实际二极管不能瞬间从正向偏置变为反向偏置;有向前和反向恢复时间,这一过程延迟。这种非理想的过渡状态导致在恢复时间重叠的电压和电流,如果不小心控制,可能会主导损失。

考虑到这一点,沟渠肖特基二极管到底是如何影响到这次对话的呢?

什么是沟渠肖特基二极管?

理想情况下,整流二极管应具有低正向压降、高反向阻断电压、可忽略的漏电流和低寄生电容。不幸的是,这些往往伴随着权衡,使得很难实现一个表现出所有特性的二极管。

平面(左)vs沟槽(右)肖特基二极管。

平面(左)vs沟槽(右)肖特基二极管。图片由Nexperia

一个海沟肖特基二极管是一种试图在相反方向耗尽器件漂移区域并使沿漂移区域的电场剖面变平的器件。这一过程是通过在硅上蚀刻沟槽,并在其中填充多晶硅来完成的,这样就在器件中创造了一个“沟槽”。

沟槽与平面肖特基二极管的反向恢复行为。

沟槽与平面肖特基二极管的反向恢复行为。图片由Nexperia

这种配置的结果是一个器件具有良好的反向阻塞电压和泄漏电流之间的平衡。另一个好处是它的高电流密度导致更小的有效结电容。这一优点意味着沟槽器件具有更低的存储电荷(Qrr),从而减少反向恢复时间,最终降低开关损耗。

Nexperia的新设备

本周,Nexperia发布了他们的PMEGxxxTx设备,一个新的组沟槽二极管族针对异步SMPS。

根据他们的数据表,爱游戏ayx连串过关这些新型二极管具有令人印象深刻的规格,正向压降约为600毫伏,泄漏电流约为1µA,反向恢复步长为17纳秒。该公司声称,这些规格源于沟槽配置,它允许低反向回收费用,从而更快的反向回收时间。

该公司认为,这些设备适用于需要高功率和高频开关的应用,如汽车,特别是LED照明。该系列现在提供的设备范围从40v到100v和高达15a的量产,20a的设备可用于取样。

这种更高效的二极管技术的进步,尤其是在汽车领域的应用,正好赶上了全球电动汽车的发展趋势。随着效率成为一个主要目标,更多的创新肯定会到来。