Nexperia 的溝槽肖特基二極管提高電源效率

通常，異步開關(guān)模式電源 (SMPS) 的主要損耗源是二極管的非理想特性。解決此問題的一種方法是使用同步 SMPS，其中二極管被受控 MOSFET 開關(guān)取代。這種方法肯定會提高效率；然而，它是以增加電路和需要控制為代價的。 

 

同步與異步升壓轉(zhuǎn)換器。圖片由 Cadence提供

 

另一方面，可以通過不斷改進我們的非理想二極管的特性來創(chuàng)建高效的異步 SMPS。Nexperia 正在采取這種方法。 

本周，Nexperia發(fā)布了新的溝槽肖特基整流二極管，旨在顯著提高異步 SMPS 的效率。在深入研究 Nexperia 的新創(chuàng)新之前，有必要深入了解二極管，更具體地說是肖特基二極管。 

 

二極管的非理想性 

當(dāng)工程師次了解二極管時，他們幾乎總是將它們了解為沒有正向壓降或漏電流的完美理想器件。他們當(dāng)然沒有聽說過反向恢復(fù)時間 (RRT)。不幸的是，現(xiàn)實世界并不理想，這些性能特征限制了二極管的效率，特別是在 SMPS 等高頻開關(guān)應(yīng)用中。

 

反向恢復(fù)時間的圖形表示。圖片由ROHM Semiconductor提供

 

二極管的一個損耗源是它的正向壓降，它因器件類型而異，表示系統(tǒng)中不需要的損耗。此外，二極管往往會表現(xiàn)出非理想的漏電流，這是效率低下的根源。 

SMPS 應(yīng)用中二極管的另一個損耗源是開關(guān)損耗。真正的二極管不能瞬間從正向偏壓變?yōu)榉聪蚱珘?；存在延遲此過程的正向和反向恢復(fù)時間。這種非理想的轉(zhuǎn)換狀態(tài)會導(dǎo)致恢復(fù)期間的電壓和電流重疊，如果不小心控制，可能會導(dǎo)致?lián)p耗。 

考慮到這一點，溝槽肖特基二極管究竟是如何影響這個話題的？

 

什么是溝槽肖特基二極管？ 

理想情況下，整流二極管應(yīng)表現(xiàn)出低正向壓降、高反向阻斷電壓、可忽略的漏電流和低寄生電容。不幸的是，這些通常需要權(quán)衡取舍，因此很難獲得具有所有特性的二極管。

 

平面（左）與溝槽（右）肖特基二極管。圖片由 Nexperia提供

 

溝槽肖特基二極管是一種試圖在相反方向上耗盡器件漂移區(qū)并使沿漂移區(qū)的電場分布變平的器件。這個過程是通過在硅中蝕刻溝槽并用多晶硅填充它們來完成的，從而在設(shè)備中創(chuàng)建一個“溝槽”。 

 

溝槽與平面肖特基二極管的反向恢復(fù)行為。圖片由 Nexperia提供

 

這種配置的結(jié)果是器件在反向阻斷電壓和漏電流之間具有良好的平衡。另一個好處是其高電流密度導(dǎo)致更小的有效結(jié)電容。這一優(yōu)勢意味著溝槽器件表現(xiàn)出較低的存儲電荷 (Qrr)，從而縮短反向恢復(fù)時間并終降低開關(guān)損耗。