Диод ss14 : характеристики

Диоды Шоттки в блоках питания

В системных блоках питания, диоды Шоттки используются для выпрямления тока каналов +3.3В и +5В, а, как известно, величина выходных токов этих каналов составляет десятки ампер, что приводит к необходимости очень серьезно относиться к вопросам быстродействия выпрямителей и снижения их энергетических потерь. Решение этих вопросов способно значительно увеличить КПД источников питания и повысить надежность работы силовых транзисторов первичной части блока питания.

Итак, для уменьшения динамических коммутационных потерь и устранения режима короткого замыкания при переключении, в самых сильноточных каналах (+3.3В и +5В), где эти потери наиболее значительны, в качестве выпрямительных элементов используются диоды Шоттки. Применение диодов Шоттки в этих каналах обусловлено следующими соображениями:

• Диод Шоттки является практически безынерционным прибором с очень малым временем восстановления обратного сопротивления, что приводит к уменьшению обратного вторичного тока и к уменьшению броска тока через коллекторы силовых транзисторов первичной части в момент переключения диода. Это в значительной степени снижает нагрузку на силовые транзисторы, и, как результат, увеличивает надежность блока питания.
• Прямое падение напряжения на диоде Шоки также очень мало, что при величине тока 15–30 А обеспечивает значительный выигрыш в КПД.

Так как в современных блоках питания очень мощным становится и канал напряжения +12В, то применение диодов Шоттки в этом канале также дало бы значительный энергетический эффект, однако их применение в канале +12В нецелесообразно. Это связано с тем, что при обратном напряжении свыше 50В (а в канале +12В обратное напряжение может достигать величины и 60В) диоды Шоттки начинают плохо переключаться (слишком долго и при этом возникают значительные обратные токи утечки), что приводит к потере всех преимуществ их применения. Поэтому в канале +12В используются быстродействующие кремниевые импульсные диоды.

Устройства диода.

Хотя промышленностью сейчас выпускаются диоды Шоттки и с большим обратным напряжением, но их использование в блоках питания считается нецелесообразным по разным причинам, в том числе и экономического плана. Но в любых правилах имеются исключения, поэтому в отдельных блоках питания можно встретить диодные сборки Шоттки и в каналах +12В. В современных системных блоках питания компьютеров диоды Шоттки представляют собой, как правило, диодные сборки из двух диодов (диодные полумосты), что однозначно повышает технологичность и компактность блоков питания, а также улучшает условия охлаждения диодов. Использование отдельных диодов, а не диодных сборок, является сейчас показателем низкокачественного блока питания.

Достоинства и недостатки

Несмотря на свои неплохие параметры, 1n5819 не способен стать полноценной заменой для обычных выпрямительных диодов с p-n-переходом. Это связано с его конструктивными особенностями и свойствами. Он неплохо работает в высокочастотных цепях, меньше греется из-за низкого прямого падения напряжения не нём. Но есть и минусы, которые перекрывают все эти плюсы.

В сравнении с обычными диодами, которые неспособны работать в высокочастотных режимах, у Шоттки в разы меньшая величина максимально допустимого обратного напряжения. У них гораздо больший ток утечки, который непропорционально быстро растет с повышением температуры кристалла. В этом можно наглядно убедиться, если сравнить параметры из даташит этих устройств между собой.

Применение

Чаще всего данные диодные компоненты применяются в выпрямительных целях в блоках питания импульсного типа. Такое использование возможно, благодаря минимальной величине периода восстановления этих деталей. Также их монтируют в корпуса транзисторных деталей, в этом случае на диодах лежат функции защиты от инцидентов короткого замыкания и обеспечения минимизации коммутационных потерь

Еще одной важной сферой применения элементов SS14 является их монтаж в зарядные устройства, используемые для возобновления ресурса смартфонов, планшетных компьютеров, mp3-плееров и других гаджетов

Важно! Превышение наибольшего установленного значения обратного напряжения, даже недолгое, ведет к необратимой потере работоспособности диодного компонента. Такие же последствия вызывает дефицит теплоотвода при функционировании в режимах, приближенных к предельным

Это связано с бесконтрольным повышением обратного электротока и последующим избыточным нагреванием. При монтаже диода в электросхему необходимо учитывать эти нюансы и обеспечить надлежащие условия функционирования.

Проверить работу детали можно, используя мультиметр. Как и при прозвоне большинства других диодов, здесь надлежит устанавливать его в режим сопротивления. На некоторых моделях приборов есть специальная программа для проверки диодов, при ее наличии нужно использовать. Отличие от стандартной проверки состоит в том, что, поскольку эти компоненты монтируются непосредственно на плату, встает вопрос, как провести процедуру без отпаивания, ведь корпус компонента не имеет разъемов, размеры которых достаточны для помещения туда щупов.

Чтобы провести проверку, потребуется соорудить специальную конструкцию. Роль щупов будут играть тонкие проводниковые элементы: это могут быть иголки для шитья, фрагменты витой пары или единичные тонкие жилы, входящие в состав сложного кабеля. Подходящую толщину обычно не составляет труда подобрать на глаз. Посредством пайки их потребуется соединить с обычными щупами. Другой вариант – соединить тонкие детали пайкой с текстолитовым фрагментом, покрытым фольгой, и подсоединить лишенные штекеров щупы.

Важно! Поскольку данные компоненты относятся к категории  поляризованных, при проверке нужно обязательно соблюдать полярность. Сориентироваться в этом нетрудно, учитывая, что катодная сторона всегда помечается некоторым способом (чаще это цветная полоса) на поверхности корпуса

Механизм проверки стандартного (не smd) диода мультиметром

Проявление неисправностей диодов Шоттки

Как уже отмечалось, неисправность диодов Шоттки является одной из основных проблем современных блоков питания. Так по каким же предварительным признакам можно предположительно определить их неисправность? Таких признаков несколько. Во-первых, при пробоях и утечках вторичных выпрямительных диодов, как правило, срабатывает защита, и блок питания не запускается. Это может проявляться по-разному:

• При включении блока питания вентилятор «дергается», т. е. совершает несколько оборотов и останавливается; после этого выходные напряжения полностью отсутствуют, т. е. источник питания блокируется.
• После включения блока питания вентилятор «дергается» постоянно, на выходах блока питания можно наблюдать пульсации напряжения, т. е. защита срабатывает периодически, но блок питания при этом полностью не блокируется.
• Признаком неисправности диодов Шоттки является чрезвычайно сильный разогрев вторичного радиатора, на котором они установлены.
• Признаком утечки диодов Шоттки может являться самопроизвольное выключение блока питания, а значит и компьютера, при увеличении нагрузки (например, при запуске программ, обеспечивающих 100% загрузку процессора), а также невозможность запустить компьютер после «апгрейда», хотя мощность блока питания является достаточной.

Кроме того, необходимо осознавать, что в блоках питания с плохой и непродуманной схемотехникой, утечки выпрямительных диодов приводят к перегрузкам первичной цепи и к всплескам тока через силовые транзисторы, что может стать причиной их отказа. Таким образом, профессиональный подход к ремонту блоков питания, диктует обязательную проверку вторичных выпрямительных диодов при каждой замене силовых транзисторов-ключей первичной части блока питания.

Основные диоды Шоттки, которые встречаются в блоках питания

Шоттки TO-220 SBL2040CT 10A x 2 =20A 40V Vf=0.6V при 10AШоттки TO-247 S30D40 15A x 2 =30A 40V Vf=0.55V при 15AУльтрафаст TO-220 SF1004G 5A x 2 =10A 200V Vf=0.97V при 5AУльтрафаст TO-220 F16C20C 8A x 2 =16A 200V Vf=1.3V при 8AУльтрафаст SR504 5A 40V Vf=0.57Шоттки TO-247 40CPQ060 20A x 2 =40A 60V Vf=0.49V при 20AШоттки TO-247 STPS40L45C 20A x 2 =40A 45V Vf=0.49VУльтрафаст TO-247 SBL4040PT 20A x 2 =40A 45V Vf=0.58V при 20AШоттки TO-220 63CTQ100 30A x 2 =60A 100 Vf=0.69V при 30AШоттки TO-220 MBR2545CT 15A x 2 =30A 45V Vf=0.65V при 15AШоттки TO-247 S60D40 30A x 2 =60A 40-60V Vf=0.65V при 30AШоттки TO-247 30CPQ150 15A x 2 =30A 150V Vf=1V при 15AШоттки TO-220 MBRP3045N 15A x 2 =30A 45V Vf=0.65V при 15AШоттки TO-220 S20C60 10A x 2 =20A 30-60V Vf=0.55V при 10AШоттки TO-247 SBL3040PT 15A x 2 =30A 30-40V Vf=0.55V при 15AШоттки TO-247 SBL4040PT 20A x 2 =40A 30-40V Vf=0.58V при 20AУльтрафаст TO-220 U20C20C 10A x 2 =20A 50-200V Vf=0.97V при 10A

Существуют и современные отечественные диодные сборки на большой ток. Вот их маркировка и внутренняя схема:

Высоковольтные силовые диоды Шоттки с напряжением до 1200 В

Хотя более предпочтительным является применение диодов Шоттки в низковольтных мощных выпрямителях с выходными напряжениями в пару десятков вольт, на высоких частотах переключения.

Развитие электроники требует все более высоких стандартов от радиодеталей. Для работы на высоких частотах используют диод Шоттки, который по своим параметрам превосходит кремниевые аналоги. Иногда можно встретить название диод с барьером Шоттки, что в принципе означает то же самое.

• Конструкция
• Миниатюризация
• Использование на практике

Диод Шоттки отличается от обычных кремниевых диодов

Диод Шоттки делают из кремния (Si), арсенида галлия (GaAs) и редко — на основе германия (Ge). Металл в соединении с полупроводником определяет многие параметры диода. Этим металлом, может быть, золото (Au), ралладий (Pd), платина (Pt), вольфрам (W) которые наносятся на полупроводники.

А также как и обычный диод соединение полупроводник-металл обладает односторонней проводимостью с рядом положительных, а также отрицательных качеств.

Вольт-амперная характеристика диода шоттки

Вольт-амперная характеристика диода Шоттки отличается от обычного полупроводникового большей нелинейностью.

Что дает использование соединения металл-полупроводник? Два положительных момента:

1. 1. Очень небольшое падение напряжения на прямом переходе — 0,2-0,4 В. Для кремниевого диода «среднее» значение этого параметра — 0,7 В.  Правда, малое падение напряжения имеют только приборы с небольшим напряжением пробоя — до 100 В. Для более мощных это падение только чуть ниже, чем у кремниевых.
   2. Высокое быстродействие. То есть, он быстро меняет своё состояние. Переход из открытого состояния в закрытое и обратно происходит за очень короткий промежуток времени и определяется только барьерной ёмкостью. Их применяют в системах коммутации, где важна скорость реакции.

Что такое диод Шоттки и как он обозначается на схеме

Есть у них и минусы. При повышении температуры у них значительно возрастает обратный ток.

Второй недостаток — при превышении максимально допустимого обратного напряжения происходит необратимый пробой. То есть, прибор выходит из строя. Есть и ещё один минус — малое падение прямого напряжения только у диодов Шоттки с малым напряжением пробоя (до сотни вольт). У вариантов с более высоким напряжением потери сравнимы с кремниевыми.

Диоды Шоттки от 1 Ампера

Купить

Упаковка:

Зачем нужно охлаждать светодиод

Мнение о том, что светодиод не нагревается ошибочно. Оно строится на том, что прикасаясь к такому маломощному прибору, не чувствуешь тепла. Согласно, закона сохранения энергии: энергия не появляется из ничего и не пропадает бесследно, а преобразуется из одного вида в другой. Светодиоды, как твердотельные источники света, излучают видимую часть спектра и выделяют при этом тепло. Вследствие термоэлектрических явлений, происходящих в полупроводниковых светодиодах, выделяется тепло. В прямой зависимости от температуры нагрева светодиодов меняются его показатели и характеристики. Такая сильная зависимость показателей от температуры приводит к тому, что:

Рис. 1. График зависимости показателя относительного светового потока от температуры перехода (светодиод MKR)

• полупроводниковый переход при нагреве светодиодного кристалла деградирует, и он быстро изнашивается, а срок эксплуатации снижается;
• тепловой рубеж у светодиодов, после которого наступает пробой, достигается после повышения температуры до 150°С. В зависимости от применяемых материалов, изменяется количество светового потока и срока износа;
• постепенно уменьшается количество светового потока, что отражают кривые зависимости, изображенные на Рис.1;
• с изменением температуры меняется и величина прямого падения напряжения на светодиоде. При нагреве источника света увеличивается показатель прямого падения напряжения. На графиках кривыми изображается такая зависимость.

Перечисленные выше причины являются серьезным поводом, чтобы обеспечить отвод тепла от светодиодного прибора.

Металл и полупроводник: особенности контакта

В контактной области полупроводниковых и металлических материалов эффект Шоттки приводит к образованию в полупроводнике слоя, сильно обеднённого электронами. Он обладает вентильными свойствами, присущими полупроводниковому p-n-переходу. Эта зона представляет собой преграду для носителей заряда, поэтому данные радиокомпоненты часто называют диодами с барьером Шоттки.

Элементы отличаются от обычных полупроводниковых вентилей следующими качествами:

1. пониженное падение напряжения при прямом смещении;
2. незначительная собственная ёмкость;
3. малый обратный ток;
4. низкое допустимое обратное напряжение.

При прямом смещении разность потенциалов на диоде Шоттки не превышает 0,5 В, тогда как на обычном выпрямительном вентиле падение напряжения составляет около 2-3 В. Это объясняется небольшим сопротивлением переходного участка между полупроводником и металлом. В таблице ниже представлены характеристики диодов Шоттки.

Хорошие частотные характеристики диодов Шоттки обусловлены отсутствием в переходной зоне неосновных носителей заряда. Из-за этого в контактной области не протекают обычные для чисто полупроводникового p-n-перехода процессы диффузии и рекомбинации дырок и электронов.

Следовательно, собственная ёмкость этого слоя стремится к нулю. Данное свойство делает диоды с барьером Шоттки предпочтительными для использования в высоко- и сверхвысокочастотных схемах, а также аппаратуре с импульсными режимами работы – всевозможных цифровых устройствах, системах управления электроникой и импульсных блоках питания.

Аналог 1N5819

Часто при работе с платами возникает вопрос, как подобрать для компонента 1n5819 аналог отечественный. Полноценных заменителей на рынке не существует, но российские производители выпускают ряд изделий, которые допускается использовать в качестве аналога. Это модели КД268-КД273, а также КД238.

Нужно помнить! Они выпускаются в несколько ином исполнении корпуса – Т0-220. В Белоруссии производят диод КДШ2105В, имеющий эксплуатационные характеристики, идентичные 1n5819.

Рассматриваемый диод отличается высоким быстродействием и меньше понижает напряжение, по сравнению со стандартными изделиями, что делает его использование выгодным в ряде ситуаций. При установке изделия нужно правильно определить полярность.