Не пора ли прощаться с диодами Шоттки?

Новое семейство диодов небольшой мощности с использованием технологии Trench обладает небольшими VF и tRR (как у диодов Шоттки) и обеспечивает низкий ток утечки, который сопоставим с током утечки обычных диодов, близких по быстродействию к диодам Шоттки. Отличительный признак диодов малой мощности Schottky Trench – сочетание низких VF и IR,  необходимое для оптимизации рассеиваемой мощности в энергочувствительных приборах. Эта технология позволяет инженерам использовать ее преимущества в ограниченных по энергоресурсам приложениях; например,в беспроводных зарядных устройствах
2761
В избранное

Диоды на основе перехода «металл-полупроводник», описанные теоретически Вальтером Шоттки в 1930-е годы, сегодня применяют там, где необходимы их эффективные электрические параметры, такие как малое падение напряжения на переходе (VF) и быстрое переключение (tRR).

Но за эти преимущества приходится платить. Основной недостаток диодов Шоттки связан с относительно высоким током утечки. Ток утечки, обозначаемый в иностранных источниках как ‘IR’ (ток в обратном направлении), обычно измеряется в микроамперах (10-6 А) для небольших диодов Шоттки и может достигать нескольких миллиампер (10-3 А) для более мощных диодов. По сравнению с диодами Шоттки у обладающих малой утечкой диодов с p-n переходом («полупроводник – полупроводник») этот параметр находится в диапазоне наноампер (10-9 А), а более мощные диоды имеют ток утечки в несколько микроампер.

В устройствах с батарейным питанием, таких как смартфоны, планшеты и смарт-часы, этот недостаток диодов Шоттки сокращает срок работы от аккумуляторной батареи. Для решения проблемы использовались транзисторы на основе эффекта Шоттки – с таким же низким прямым напряжением на переходе, но с меньшим током утечки. В отдельных случаях такой подход был успешным, но приходилось жертвовать другим важным параметром диодов Шоттки – быстрым временем переключения. Возникали дополнительные сложности и в процессе изготовления приборов, так как нужно было использовать более сложные технологии КМОП.

Можно ли сказать, что настало время попрощаться с диодом Шоттки?

Скорее всего, нет! ON Semiconductor продолжает финансировать исследования диодов Шоттки и уже имеет пригодные для массового производства полупроводниковые приборы малой мощности с использованием технологии Trench, которые найдут применение в ограниченных по энергоресурсам устройствах. С учётом того, что диоды типа Schottky Trench уже широко используются в энергоемких устройствах промышленного назначения, ON Semiconductor расширяет возможности этой технологии и для области малых энергий, выпуская усовершенствованные диоды Шоттки для светодиодного освещения, систем батарейного электропитания и беспроводной зарядки.

Новое семейство диодов небольшой мощности с использованием технологии Trench обладает небольшими VF и tRR (как у диодов Шоттки) и обеспечивает низкий ток утечки, который сопоставим с током утечки обычных диодов, близких по быстродействию к диодам Шоттки. Отличительный признак диодов малой мощности Schottky Trench – сочетание низких VF и IR,  необходимое для оптимизации рассеиваемой мощности в энергочувствительных приборах. Эта технология позволяет инженерам использовать ее преимущества в ограниченных по энергоресурсам приложениях; например,в беспроводных зарядных устройствах.

Мост на диодах Шоттки в беспроводном зарядном устройстве

Рис. 1. Мост на диодах Шоттки в беспроводном зарядном устройстве 

Так как энергия, переданная беспроводным способом в приемный блок питания (RPU), относительно невелика, все дальнейшие потери в цепях преобразования энергии должны быть сведены к минимуму для того, чтобы максимально ускорить процесс зарядки. Важным элементом в этой цепочке является мостовой выпрямитель, который преобразует сигнал переменного тока в электрический сигнал постоянного тока (DC). Затем он обрабатывается с помощью преобразователя постоянного тока (DC/DC), чтобы привести напряжение к уровню, необходимому для зарядки аккумулятора беспроводного устройства. Таким образом, мостовой выпрямитель должен иметь минимальное влияние на потерю мощности: потери прямого напряжения и тока должны быть сведены к минимуму, так как они снижают ценную мощность, передаваемую блоком Power Transmitting Unit (PTU).

 Влияние VF и IR на общую эффективность полного моста

Рис. 2. Влияние VF и IR на общую эффективность полного моста

В качестве примера рассмотрим положительную полуволну на катушке приемной антенны. Падение напряжения на диоде D1 уменьшит амплитуду напряжения волны (Vwave); в результате, мы имеем эффективное напряжение (Vres= Vwave-VF), которое затем подается на преобразователь постоянного тока DC/DC. Однако, принятая полуволна тока (Iwave) будет урезанной, в основном, из-за тока утечки диода D4 (IR4) и частично за счет тока утечки диода D2.

Следовательно, полезный результирующий ток приемной цепи Ires=Iwave – (IR2+IR4). Выполненные с использованием технологии Trench, новые диоды Шоттки оптимизированы для этого случая таким образом, что прямое падение напряжения (VF) и потери за счет обратного тока (IR) обеспечивают минимальные потери по мощности.

Почему это имеет существенное значение?

Представим себе диод Шоттки с отличным VF = 0,2 В, но с IR = 3 мА. В выпрямительном мосте оптимальное прямое падение напряжения мало что изменит, если выпрямленный импульс будет буквально съеден токами утечки в обратном направлении (IR) у других диодов. И, наоборот, при очень небольшом токе утечки в 1 нА (как у диодов с p-n переходом) прямое падение напряжения может достигать 0,8 В. Слишком большие потери напряжения во входных цепях затрудняют его дальнейшее повышение с помощью преобразователя DC/DC. Поэтому необходимо соблюдать баланс между IR и VF так, чтобы минимизировать потери мощности и приблизить напряжение сигнала как можно ближе к значению на приемной катушке. Компания ON Semiconductor направила инвестиции в НИОКР с целью оптимизации потерь электроэнергии в новом семействе диодов Шоттки малой мощности, выполненных с использованием технологии Trench.

Описанные преимущества не связаны с более сложным процессом обработки, который, в свою очередь, может снизить надежность приборов. Вместо этого команда исследователей ON Semiconductor сосредоточилась на упрощении производственного процесса при сохранении высоких требований к качеству и надежности, что позволит использовать продукцию, например, в автоиндустрии. Первая серия новых диодов  Schottky Trench малой мощности уже выпускается (NSR05T).

В разработке находится следующее усовершенствованное поколение диодов Schottky Trench с крайне низкой потерей мощности за счет оптимизации значений VF и IR.

Журнал: www.planetanalog.com
Производитель: On Semiconductor
Наименование
Производитель
Описание Корпус/
Изображение
Цена, руб. Наличие
NSR05T40P2T5G
NSR05T40P2T5G
On Semiconductor
Арт.: 2007638 ИНФО PDF
Доступно: 461915 шт.
Выбрать
условия
поставки
Schottky Diodes & Rectifiers 0.5 A 40 V Schottky
NSR05T40P2T5G от 44,88
461915 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
NSR05T40XV2T5G
NSR05T40XV2T5G
On Semiconductor
Арт.: 2474418 ИНФО PDF
Доступно: 336000 шт.
Выбрать
условия
поставки
Schottky Diodes & Rectifiers TRENCH SCHOTTKY TI BARRIE
NSR05T40XV2T5G от 8000 шт. от 3,44
336000 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки

Сравнение позиций

  • ()