Was ist eine Schottky-Gleichrichterdiode?
Eine Schottky-Gleichrichterdiode ist eine Art von Diode, die zur Umwandlung von Wechselspannung in Gleichspannung verwendet wird.
Im Vergleich zu herkömmlichen Gleichrichterdioden haben Schottky-Gleichrichterdioden ein schnelleres Schaltverhalten und einen geringeren Leckstrom in Sperrrichtung, was eine effiziente Leistungsumwandlung ermöglicht. Schottky-Gleichrichterdioden bestehen in der Regel aus einem Übergang aus Metall und n-Halbleitern.
Dieser Übergang bildet eine Elektronenbarriere, eine so genannte Schottky-Barriere, die ein schnelles Schalten ermöglicht. Schottky-Gleichrichterdioden haben außerdem einen geringen Durchlassspannungsabfall, was die Leistungsverluste verringert.
Anwendungen von Schottky-Gleichrichterdioden
Schottky-Gleichrichterdioden werden häufig in Anwendungen wie Hochfrequenz-Gleichrichterschaltungen, Leistungselektronik und Leistungsumrichtern eingesetzt. Sie eignen sich besonders für Anwendungen, die ein schnelles Schalten erfordern und bei denen die Energieeffizienz ein wichtiger Faktor ist.
In letzter Zeit hat sich die Schaltfrequenz von DC/DC-Wandlern erhöht, und Schottky-Gleichrichterdioden werden anstelle von PN-Übergangsdioden in ihren Gleichrichterschaltungen verwendet, da sie die Eigenschaften von Schottky-Gleichrichterdioden nutzen können.
Funktionsweise der Schottky-Gleichrichterdioden
Schottky-Gleichrichterdioden sind Halbleiterbauelemente mit speziellen Übergängen, den so genannten Schottky-Barrieren. Die Funktionsweise der Schottky-Gleichrichterdiode beruht auf den folgenden Eigenschaften der Schottky-Barriere:
- Im Gegensatz zu Dioden mit einem gewöhnlichen PN-Übergang haben Schottky-Gleichrichterdioden einen Übergang zwischen einem Metall und einem n-Typ-Halbleiter, und die durch diesen Übergang gebildete Schottky-Barriere wirkt als Barriere (Schranke) für Elektronen.
- In einer Schottky-Barriere müssen die Elektronen die Barriere durchqueren, wenn sie sich zwischen der Metall- und der Halbleiterseite bewegen. Die Höhe der Barriere, die von der Art und den Eigenschaften des Metalls und des Halbleiters abhängt, bestimmt die Eigenschaften der Schottky-Gleichrichterdiode.
- Wird eine Schottky-Gleichtrichterdiode in Durchlassrichtung vorgespannt, können sich die Elektronen leicht durch die Barriere bewegen. Infolgedessen weist die Schottky-Gleichrichterdiode einen sehr geringen Durchlassspannungsabfall auf.
- Wenn eine Sperrvorspannung angelegt wird, ist die Barriere höher und der Sperrstrom wird reduziert.
Aufgrund des geringen Durchlassspannungsabfalls kann die Wechselspannung mit geringen Verlusten in Gleichspannung umgewandelt werden.
Merkmale von Schottky-Gleichrichterdioden
Schottky-Gleichrichterdioden sehen ähnlich aus wie allgemeine Gleichrichterdioden. Sie unterscheiden sich jedoch in den folgenden Punkten erheblich:
1. Niedrige Vorwärtsspannung
Die Durchlassspannung einer allgemeinen Gleichrichterdiode mit PN-Übergang beträgt etwa 0,6-0,7 V, während die einer Schottky-Gleichrichterdiode 0,2-0,3 V beträgt. Daher sind sie effektiv, wenn sie in Bereichen eingesetzt werden, in denen ein Spannungsabfall so weit wie möglich vermieden werden sollte.
2. Kurze Sperrerholungszeit
Die extrem kurze Sperrerholungszeit, bis die Diode vollständig vom Ein-Zustand in den Aus-Zustand schaltet, führt dazu, dass diese Dioden häufig in Hochfrequenz-Gleichrichterschaltungen eingesetzt werden.
3. Gefahr der Zerstörung durch thermisches Durchgehen
Da der Sperrstrom (Leckstrom) höher ist als bei allgemeinen Dioden, kann es zur Zerstörung durch thermisches Durchgehen kommen. Wenn die Sperrspannung hoch ist, erzeugt das Produkt aus Spannung und Sperrstrom Wärme in der Diode, so dass Schottky-Gleichrichterdioden mit hohem Sperrstrom anfällig für einen Geräteausfall aufgrund von thermischem Durchgehen sind.
Daher müssen bei der Schaltungsentwicklung sowohl die Nachteile als auch die Vorteile von Schottky-Gleichrichterdioden in vollem Umfang berücksichtigt werden.
Typen von Schottky-Gleichrichterdioden
Es gibt die folgenden Typen von Schottky-Gleichrichterdioden für die Gleichrichtung. Sie werden je nach Anwendung ausgewählt und in einer Vielzahl von Anwendungen wie elektronischen Schaltungen und Leistungssteuerungsgeräten eingesetzt.
1. Normaler Typ
Standard-Schottky-Gleichrichterdioden, die für allgemeine Gleichrichtungszwecke verwendet werden.
2. Ultra-schneller Typ
Sie werden für Anwendungen verwendet, bei denen schnelles Schalten erforderlich ist; sie haben eine schnellere Reaktionszeit und können mit höheren Frequenzen arbeiten.
3. Niederspannungs-Typ
Dies sind Dioden mit geringem Vorwärtsspannungsabfall. Sie sind für Anwendungen mit geringer Leistung geeignet, haben jedoch in der Regel einen höheren Sperrstrom.
4. Typ mit sehr geringem Leckstrom
Dies sind Dioden mit sehr geringem Leckstrom in Sperrrichtung. Sie sind für Anwendungen, die eine hohe Messgenauigkeit und Empfindlichkeit erfordern, geeignet. Allerdings ist die Durchlassspannung tendenziell höher.
5. Dioden-Arrays
Dies sind mehrere Schottky-Glechrichterdioden, die in ein einziges Gehäuse integriert sind. Hauptsächlich für die Montage in hoher Dichte und für Anwendungen mit hohen Strömen verwendet.