汽车电子设计专栏---有源器件

汽车电子设计专栏---有源器件篇

肖特基二极管技术在高速计算机电路中得到了广泛的应用，其中快速开关时间相当于高速能力，而低正向压降相当于传导时的低功耗。

工作在100kHz的开关稳压电源不能使用传统的硅二极管作为整流器，因为它们的开关速度很慢当施加到二极管的信号从正向偏压变为反向偏压时，导通会持续很短的时间，同时载流子被扫出耗尽区仅在此反向恢复时间（trr）到期后才停止传导，肖特基二极管的反向恢复时间较短。

无论开关速度如何，硅二极管的0.7V正向压降都会导致低压电源的效率低下。这在10V电源中不是问题，在1V电源中，0.7V压降是输出的主要部分。一种解决方案是使用具有较低正向压降的肖特基功率二极管。

半导体PN结不是唯一显示整流特性的结构。金属-半导体结也具有整流特性。使用此特性的器件称为肖特基二极管。如表4.1所示，可以总结出传统的PN硅二极管和硅肖特基二极管之间的重要区别。

肖特基二极管主要用于其低正向电压降或高速电路应用中。此类型的特征主要体现在三个应用领域：

高速开关和通用信号；

射频和微波混合器；

高效整流器。

表：二极管参数对比

通用用途

小信号肖特基二极管可与常规二极管用于相同的应用，也可用于较低VF或高开关速度的至关重要的应用。尽管VF和VBR的值不同，但V/I特性的形状相同。VF的温度系数随IF的变化更大，在mA级时约为1mV/℃。泄漏电流比典型的PN结高出一个数量级，并且显示出相同的指数温度依赖性。肖特基二极管比传统的二极管更昂贵，这限制了它们的广泛应用。

射频混频器

对于射频应用，肖特基二极管几乎是混频器电路的理想零件，其中故意引入了非线性，以便提取施加到其输入端的两个频率之间的频差。肖特基的高速，低噪声和大信号处理能力使其特别适合于宽带混频器。它们的最早应用是在该领域，并且有一系列针对应用途的型号。

图：双平衡混频器电路经常使用肖特基二极管

整流器

肖特基整流器的最大增长领域是开关电源的输出级。用于为计算机电路供电的中至高电流的3.3V或5V输出开关应用有着巨大的市场，趋势是效率越来越高，开关速度越来越快，肖特基非常适合这种开关。在较高的电流下，常规整流器的正向电压可能接近1V，因此仅二极管就损失了5V开关总功率的20％，0.5V的肖特基VF会将其削减10％。同时，缺乏反向恢复机制使其对高速应用友好，而在如此低的输出电压下低VBR限制也不再是障碍。肖特基的较高单位成本可通过减少零件数量来补偿。

太阳能电池应用

太阳能电池通常连接到可充电电池，通常是铅酸电池，因为一天 24 小时都需要电力，而且太阳并不总是可用。太阳能电池不喜欢反向充电，因此需要与太阳能电池串联一个二极管。任何电压降都会导致效率降低，因此需要使用低压降二极管。与其他应用一样，肖特基二极管的低压降特别有用，因此它们是该应用中最受欢迎的二极管形式。

钳位

肖特基势垒二极管也可用作晶体管电路中的钳位二极管，以在用作开关时加速操作。多年前，它们在此应用中得到广泛应用，成为 74LS（低功率肖特基）和 74S（肖特基）逻辑电路系列的关键元件。当以这种方式使用时，肖特基二极管被插入到驱动晶体管的集电极和基极之间，起到钳位的作用。为了产生低电平或逻辑“0”输出，晶体管被硬驱动，在这种情况下，二极管中的基极集电极结正向偏置。当存在肖特基二极管时，这会占用大部分电流，并允许晶体管的关断时间大大减少，从而提高电路的速度。

图：具有肖特基二极管钳位的 NPN晶体管

肖特基二极管或肖特基势垒二极管用于许多应用。它的不寻常之处在于它既用于非常低功率的信号检测，也用于高功率整流。肖特基二极管的特性使其适用于光谱的两端。

肖特基二极管也用于从光电二极管到 MOS的许多其他器件。通过这种方式，这种形式的二极管不仅以其分立形式在许多电路中得到应用，而且它也是许多其他组件和技术的重要组成部分。

汽车电子工程知识体系简介

近年来，汽车电子占整车价值的比重越来越高，由2000年的15%到2020年的50%，同时，电子控制越发复杂化，各种功能并不是独立运转，而是与其他系统相互配合，因此电子模块的标准化和可复用性越发重要。今后，这种发展趋势必将越发明显。但是，现在的系统功能极其复杂，单一技术人员难以详细掌握所有的电子模块，全面理解汽车电子技术更是不容易。因此，作者深感行业之痛，不以为陋，自高奋勇将汽车电子工程知识体系及其中使用的重要技术编辑成书，旨在帮助技术人员分类学习汽车电子工程知识，掌握重要技术的原理，全面理解电子系统，并思考今后发展的趋势及技术方法。

内容简介

通过本专栏，你会得到：

1、彩图，原版内容

2、先睹为快