二极管的15个关键要素

二极管是电路板上最常见的元器件之一，选型时需要考虑多种因素。

正向导通压降

压降：二极管中电流通过负载后，相对于同一参考点的电势变化称为电压降，简称压降。

导通压降：二极管开始导通时的电压。

正向特性：当施加正向电压到二极管上时，在正向特性的初始阶段，正向电压较小，不足以克服PN结内部的电场阻挡，因此正向电流几乎为零。随着正向电压增大到足以克服PN结电场的程度，二极管开始正向导通，电流随电压的增加迅速上升。

反向特性：当施加反向电压不超过一定范围时，通过二极管的电流是由于少数载流子的漂移形成的反向电流。由于反向电流很小，二极管处于截止状态。反向电压增加到一定程度后，二极管会发生反向击穿。

二极管选型时，需要考虑的因素包括：

1. 正向导通压降（VF）：这是二极管开始导通时的电压值。低VF值表示二极管更容易导通，对功耗和效率有影响。

2. 反向击穿电压（VR）：这是二极管在反向电压下会击穿的最大值。选择远高于实际应用中可能遇到的反向电压的击穿电压是必要的。

3. 最大正向电流（IF Max）：确定二极管可承受的最大正向电流，以避免二极管过载。

4. 反向漏电流（IR）：即使在反向极限电压下，二极管仍会有微小的反向电流。这对于低功耗应用至关重要。

5. 响应时间：二极管从关断到导通的响应时间。

这些因素将决定二极管在特定电路中的性能和稳定性。

正向导通压降与导通电流的关系

在二极管两端加正向偏置电压时，其内部电场区域变窄，可以有较大的正向扩散电流通过PN结。只有当正向电压达到某一数值(这一数值称为“门槛电压”，锗管约为0.2V，硅管约为0.6V)以后，二极管才能真正导通。但二极管的导通压降是恒定不变的吗?它与正向扩散电流又存在什么样的关系?通过下图1的测试电路在常温下对型号为SM360A的二极管进行导通电流与导通压降的关系测试，可得到如图2所示的曲线关系：正向导通压降与导通电流成正比，其浮动压差为0.2V。从轻载导通电流到额定导通电流的压差虽仅为0.2V，但对于功率二极管来说它不仅影响效率也影响二极管的温升，所以在价格条件允许下，尽量选择导通压降小、额定工作电流较实际电流高一倍的二极管。

图1 二极管导通压降测试电路

图2 导通压降与导通电流关系

在我们开发产品的过程中，高低温环境对电子元器件的影响才是产品稳定工作的最大障碍。环境温度对绝大部分电子元器件的影响无疑是巨大的，二极管当然也不例外，在高低温环境下通过对SM360A的实测数据表1与图3的关系曲线可知道：二极管的导通压降与环境温度成反比。在环境温度为-45℃时虽导通压降最大，却不影响二极管的稳定性，但在环境温度为75℃时，外壳温度却已超过了数据手册给出的125℃，则该二极管在75℃时就必须降额使用。这也是为什么开关电源在某一个高温点需要降额使用的因素之一。

表 1 导通压降与导通电流测试数据

图3 导通压降与环境温度关系曲线

2

额定电流、*最大正向电流IF*

额定电流IF指二极管长期运行时，根据运行温升折算出来的平均电流值。目前最大功率整流二极管的IF值可达1000A。

是指二极管长期连续工作时，允许通过的最大正向平均电流值，其值与PN结面积及外部散热条件等有关。因为电流通过管子时会使管芯发热，温度上升，温度超过容许限度（硅管为141左右，锗管为90左右）时，就会使管芯过热而损坏。所以在规定散热条件下，二极管使用中不要超过二极管最大整流电流值。例如，常用的IN4001－4007型锗二极管的额定正向工作电流为1A。

3

最大平均整流电流Io

最大平均整流电流IO：在半波整流电路中，流过负载电阻的平均整流电流的最大值。折算设计时非常重要的值。

4

最大浪涌电流IFSM

运行流过的过量的正向电流。不是正常的电流，而是瞬间电流，这个值相当大。

5

最大反向峰值电压VRM

即使没有反向电流，只要不断地提高反向电压，迟早会使二极管损坏。这种能加上的反向电压，不是瞬时电压，而是反复加上的正反向电压。因给整流器加的是交流电压，它的最大值是规定的重要因子。最大反向峰值电压VRM指为避免击穿所能加的最大反向电压。目前最高的VRM值可达几千伏。

6

最大反向电压VR

上述最大反向峰值电压是反复加上的峰值电压，VR是连续加直流电压的值。用于直流电流，最大直流反向电压对于确定允许值和上限值是很重要的。

7

最高工作频率fM

由于PN结的结电容存在，当工作频率超过某一值时，它的单向导电性将变差。点接触式二极管的fM值较高，在100MHz以上；整流二极管的fM较低，一般不高于几千Hz。

8

反向恢复时间Trr

当正向工作电压从正向电压变成反向电压时，二极管工作的理想情况是电流能瞬时截止。实际上，一般要延迟一点点时间。决定电流截止延时的量，就是反向恢复时间。

9

最大功率P

二极管中有电流流过，就会吸热，而使自身温度升高。最大功率P为功率的最大值。具体讲就是加载二极管两端的电压乘以流过的电流。这个极限参数对稳压二极管，可变电阻二极管显得特别重要。

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反向饱和漏电流IR

指在二极管两端加入反向电压时，流过二极管的电流，该电流与半导体材料和温度有关。在常温下，硅管的IR为nA（10-9A）级，鍺管的IR为mA（10-6A）级

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降额（结温降额）

降额可以提高产品可靠性，延长使用寿命，根据温度降低10℃寿命增加一倍的理论，下面列出了不同额定结温的管子最小降额结温数据。

表1 二极管降额

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安规

在选型阶段应该考虑到器件是否通过了安规认证，主要应该考虑功率器件。一般为各国广泛接受的安规认证类型有UL（北美）、CSA（加拿大）、TUV（德国）、VDE等

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可靠性设计

正确选用器件及器件周边的线路设计、机械设计和热设计等来控制器件在整机中的工作条件，防止各种不适当的应力或者操作给器件带来损伤，从而最大限度地发挥器件的固有可靠性。

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容差设计

设计单板时，应放宽器件的参数允许变化的范围（包括制造容差、温度漂移、时间漂移），以保证器件的参数在一定范围内变化时，单板能正常工作。

15

禁止选用封装

禁止选用轴向插装的二极管封装、禁止选用Open-junction二极管。

O/J是OPEN JUNCTION的晶圆扩散工艺，在晶圆扩散后切片成晶粒，晶粒的边缘是粗糙的，电性能不稳定，需要用混合酸（主要成分为氢氟酸）洗掉边缘，然后包以硅胶并封装成型，可信赖性较差。

GPP是Glassivation passivation parts的缩写，是玻璃钝化类器件的统称，该产品就是在现有产品普通硅整流扩散片的基础上对拟分割的管芯P/N结面四周烧制一层玻璃，玻璃与单晶硅有很好的结合特性，使P/N结获得最佳的保护，免受外界环境的侵扰，提高器件的稳定性，可信赖性极佳。

O/J的散热性没有GPP的好，两者本质结构截然不同:O/J芯片需要经过酸洗后加铜片焊接配合硅胶封装，内部结构上显得比GPP的大；GPP芯片造的整流桥免去了酸洗、上硅胶等步骤，直接与整流桥的铜连接片焊接。内部结构显的比O/J芯片制造而成的小。才造成直观的、习惯性的误解。

GPP芯片和OJ芯片的综合评价：

1、GPP芯片在wafer阶段即完成玻璃钝化，并可实施VR的probe testing，而OJ芯片只有在制得成品后测试VR。

2、VRM为1000V的GPP芯片，通常从P+面开槽和进行玻璃钝化，台面呈负斜角结构(表面电场强度高于体内)，而OJ芯片的切割不存在斜角。

3、GPP芯片的玻璃钝化分布在pn结部分区域(不像GPRC芯片对整个断面实施玻璃钝化，而OJ芯片对整个断面施加硅橡胶保护。

4、GPP芯片由于机械切割的原因留下切割损伤层，而OJ芯片的切割损伤层可经化学腐蚀去除掉。

5、GPP芯片采用特殊高温熔融无机玻璃膜钝化，Tjm及HTIR稳定性高于用有机硅橡胶保护的OJ制品。

6、GPP芯片适合小型化、薄型化、LLP封装，而OJ芯片适合引出线封装。

在制作工艺上的区别：

（1）OJ的芯片必须经过焊接、酸洗、钝化、上白胶、成型固化烘烤等步骤,其电性（反向电压）与封装酸洗工艺密切相关，常规封装形式为插件式。

（2）而GPP在芯片片制造工艺中已包含酸洗、钝化。其电性由芯片片直接决定，常见封状形式为贴片式。

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