目录 二极管—电磁干扰及电源的效率 —————————— 参考 整流杂波 ———————————————— 有3个系列的SBD ——————————————— SBD和热失控 ———————————————— 1, 高速二极管的概要 ———————————— 2 FRD和SBD ————————————————— 3 应用电路和NIEC的SBD、FRD ————————— 4 反向恢复特性 ———————————————— 4-1 反向恢复特性的波形上的定义———————— 4-2 反向恢复特性测量电路 —————————— 4-3 反向恢复特性的温度依存性 ———————— 4-4 反向恢复特性的-di/dt依存性 ———————— 4-5 反向恢复特性的正向电流依存性 —————— 4-6 反向恢复损耗的计算方法 ————————— 5 正向恢复特性 —————————————— 6 额定值和特性 —————————————— 7 容许电流 ———————————————— 7-1 散热片热阻 ——————————————— 7-2 外壳温度基准点 ————————————— 7-3 温度测量 ———————————————— 7-4 连接 -导线间的热阻Rth(j-l) —————— 7-5 封装表面温度 —————————————— 7-6 基于导线温度、散热片温度实际测量值的结温计算7-7 过渡温度上升的计算——————————— 8 关于反向电压额定值 ———————————— 9 关于交货产品的检查、可靠性 ———————— 使用时的注意事项 —————————————— 日本英达株式会社 1 2 5 7 8 10 10 12 15 15 15 15 16 17 17 17 18 18 18 19 19 21 21 21 21 24 25 28 July 2005/Oct.2004. 橋詰伸一/ S. Hashizume Rev. 3.0 二极管—电磁干扰及电源的效率 等意见。在低频整流应用时，可以通过在二 极管上并联连接CR（或仅C）缓冲电路来减 少杂波。然而，在高频开关 电路中，由于CR 缓冲电路的损耗增加，难以获得预期的降低 杂讯效果。值得探讨的是，与合金型二极管 相比，扩散型二极管的杂波真的更大吗？ 0 电流 电压 合金型 0 电流 电压 Line Frequency Rectifiers Back in the 1960's when I designed my first threephase 400 Hz transformer rectifier sets I used alloy junction 1N538 diodes for the low power outputs. The modules passed EMI tests with no problem. A couple of years later, I got a call that all my modules were failing EMI tests. What I found was that the manufacturer had "improved" the diode by using faster diffused junctions. (by Jerrold Fout / http://www.smpstech.com/qa/ qa0005.htm) 1960年代我最初设计的3相400Hz变压整流器装置的 次级侧使用了合金接合型1N538二极管。此模块顺利 地通过了EMI测试。但是几年后接到了所有模块都 没有通过EMI测试的通知。经过调查，发现很多厂商 为了提高了二极管的性能，使用了更高速的扩散接合 型二极管。 在 互联网上的开关电源（SMPS）技术论坛中， 登载了有关整流器二极管会成为电磁干扰 源的问题。我们的客户还向我们反映了： 「二极管产生超出预期的较大杂波」、「对于50/60Hz 单相半波整流电路中使用的二极管，能够通过声音分 辨出一般用（trr较长）和FRD二极管的区别」、「观 察频谱分析器便可以获知哪一部分是二极管的杂波」 日本英达株式会社 2 扩散型 照片1 合金型二极管和扩散型二极管的 反向恢复特性 V: 5A/div., 2V/div. H:200ns/div. 照片1中对两者的反向恢复特性进行了比 较。在此请注目箭头所示位置的电压。这是 二极管本身在反向恢复时产生的电压，属于 杂波源。合金型二极管基本不发生过冲现 象，而扩散型二极管的过冲程度非常大。这 就是更换为扩散型二极管后无法通过EMI测 试的原因。 现今的二极管大多数都是扩散型或在扩散 型的基础上改进了的类型。在反向恢复时， 与一般的二极管相比，高速二极管发生尖峰 电压的能量较小，因此能够格外降低所产生 的杂波。 此外，在具有相同程度的反向恢复时间的二 极管中，恢复缓慢的二极管的杂波相对较 小。下一页的照片2和照片3是具有相同程度 的反向恢复时间，一方为缓慢恢复，另一方 为 非 缓 慢 恢 复 的 两 种 二 极 管 的 比 较。 （IFM=10A）FRD的反向恢复时间trr规定为 25℃时的数值。两者的FRD均为40至50ns。照片2 为本公司的产品，其反向恢复缓慢，在100℃时也 基本不发生电压过冲。而另一家公司生产的产品 发生激烈的电压鸣震。由此可见，不同厂家生产 的二极管，特性的差异十分显著。 我 们 下 一 步 在 实 际 电 路 中 比 较 一 下 150V SBD和200V FRD的杂波和效率。所组装的 电路是24V 2.5A输出的正向转换器。SBD 和 FRD 均 为 5A 双 芯 片 元 件，分 别 是 FCH10A15 和 FCF10A20。其主要电子特性列于表1中。照片4和照 片5是24V 2A输出时（负荷阻抗12Ω）的输出杂波。 150V SBD 0 Io 25℃ 电流 100℃ 电流 25℃ 电压 100℃ 电压 200V FRD 5A ×2 VF 5A 25℃ 0.88V Max. 0.98V Max. IR VRRM 25℃ 1mA Max. 20µA Max. trr 5A 50A/µs 25℃ － 35ns Max. 表1 主要电子特性 照片2 本公司产品的600V FRD反向恢复特性 Ver. 5A, 100V/DIV. Hor. 20ns/DIV. 样品 FSF10A60 0 0 25℃ 电流 100℃ 电流 25℃ 电压 照片4 150V SBD输出杂波 Ver. 100mV/div.、Hor. 2µs/div. 100℃ 电压 照片3 其它公司产品的600V FRD反向恢复特性 Ver. 5A, 100V/DIV. Hor. 20ns/DIV. 比较 0 图1 实际工作比较电路 照片5 200V FRD输出杂波 Ver. 100mV/div.、Hor. 2µs/div. 日本英达株式会社 3 5A×2 150V SBD (FCH10A15) 测量结果表明，与200V FRD相比，150V SBD的 杂波峰值大约低50mV。照片6和照片7是在其它 25℃ 0 电流 电压 输出电流 (A) 输出电力 (W) 输入电力 (W) 效率 (%) 0.5 12 15.2 78.9 1 24 28.5 84.2 1.5 36 42.0 87.5 2 48 55.6 86.3 2.5 60 69.7 86.9 5A×2 200V FRD (FCF10A20) 100℃ 0 电流 电压 照片6 150V SBD反向恢复特性 Ver. 0.5A、10V/div.、Hor. 10ns/div. 输出电流 (A) 输出电力 (W) 输入电力 (W) 效率 (%) 0.5 12 15.4 77.9 1 24 28.9 83.0 1.5 36 42.5 84.7 2 48 56.1 85.6 2.5 60 70.3 85.3 表2 效率测量结果 25℃ 0 进效果。最近，使用更先进技术（如离子注入、 电子线照射等）制造的二极管能够实现与本章开 头介绍的合金型二极管同样的缓慢恢复特性。 电流 电压 100℃ 0 铝合金材料的P层 电流 N型硅 电压 合金型 照片7 200V FRD反向恢复特性 Ver. 0.5A、10V/div.、Hor. 10ns/div. 电路上比较的二极管的反向恢复特性。SBD为缓 慢恢复，由于尖峰电压较低，故输出杂波较少。 并且由于尖峰电压较低，在FRD产生150V以上的 峰值电压的情况下SBD可能只产生150V以内的 峰值电压。在使用200V FRD的最高电压超过 150V的电路中，某些情况下仍可能使用150V SBD取代之。 N+ P+ P+ P+ P+ P+ P+ N+ U系列FRED 图2 二极管芯片截面的比较 效 率 的 比 较 结 果 如 表 2 所 示。在 20 至 100%负荷的全范围内，150V SBD比 200V FRD的效率约高出1%左右。也 就是说，只要更换输出二极管，便可以提高效率。 大多数人认为，在电路设计中，二极管只起到配 角的作用。然而，使用性能优良的二极管会提高 电路的性能。特别是在杂波性能方面有显著的改 日本英达株式会社 P+ 4 N+ 参考 整流杂波 众 所周知，50 Hz/60Hz整流电路的杂波出 乎意料地大，不过，用高速二极管取代 一般整流二极管会降低整流杂波。在 这里，我们将整流杂波作为辐射杂波进行检测，并 对整流二极管进行相对比较。使用能够用插座更 换桥路整流二极管的12V输出线性稳压电路，负 荷为300Ω、40mA左右。将AM接收机SONY ICFSW77的内置条形天线尽量靠近变压器，以听到最 大的噪音，并在此位置加以固定。 并用高灵敏度的AM接收机捕捉这种微弱的磁场 变化。只要稍微远离这个位置，就无法检测出这种 杂波。这是因为所流动的电流非常小，只有的缘故 40mA。 在如上的实验条件下，只要并联连接一个追加的 1,000pF左右的陶瓷电容器，便可以消除一般整流 用二极管的杂波。然而，使用这种方法时，如果阻 尼不足，会发生鸣震，导致10MHz～100MHz的高 频成分增加。因此，这种情况下，如果最初就使用 杂波源能量格外少的高速二极管的话，会从本质 上大幅度地缩减杂波的发生，可谓明智的选择。 12V AC100V 50Hz LM317 稳压电路 C’s Kit TW-157 图3 比较电路 300Ω 能够通过插座更换 AM接收机 稳压电路 如果考虑到温度的变化， 这种鸣震无法通过外置CR电路完全除去 照片8 （25℃和100℃） 二极管 使用以下3种二极管进行了比较。 一般整流用 1A/600A 200V FRED FCF/FRF10A20 （5A×2/200V） 200V SBD FCH/FRH10A20 （5A×2/200V） 对AM接收机输出进行数字化处理，使用免费软 件 WaveSpectra V1.30（http://www.ne.jp/asahi/fa/ efu/soft/ws/ws.html）显示频谱。下一页的图示为 300次平均化处理后的波形。 我们在这里使用的是未经磁屏蔽的卷线裸露出 的变压器，最大限度地释放杂波（磁场的变化）， 日本英达株式会社 5 图4 AM收音机捕捉的整流杂波 一般整流用二极管 图5 AM收音机捕捉的整流杂波 200V FRD (FCF/FRF10A20) 图6 AM收音机捕捉的整流杂波 200V SBD (FCH/FRH10A20) 日本英达株式会社 6 有3个系列的SBD VRRM (V) 10 20 30 40 60 100 150 L系列 200 图7 NIEC的SBD系列 低 VF 标准系列 H系列 反向电流 小 N IEC共生产3个系列的SBD产品。分别为 标准系列、低VF的L系列、以及低反向电 流 的 H 系 列。例 如，EP10QY03、 EP10LA03、以及EP10HY03均从属于这些系列， 都是1A、30V的SOD-123封装的SBD。如果根据用 途选择合适的SBD，便有可能降低二极管的损耗。 P/N VF (V) Max.@25℃ IR (mA) Max.@25℃ EP10LA03 0.39 2 EP10QY03 0.47 1 EP10HY03 0.56 0.5 图8 降压DC-DC转换器 输入 15V Tj=100℃ 0.2A SOD SOD--123 1A / 30V EP10LA03 EP10QY03 EP10HY03 表3 具体来讲，对于正向电流流动比率大的用途，使用 正向电压VF低的L系列比较适宜，相反对于施加 反向电压比率大的用途，使用反向电流IR小的H系 列比较适宜。 在以下的示例中，让我们来估测一下整体损耗。下 图为代表性的DC-DC降压转换器。 假设输入电压为15V、输出电流为0.2A、工作温度 为100℃。正向电流IF=0.2A、反向电压VR=15V、 Tj=100℃时的3种类型的SBD的代表性正向电力 损耗PF、反向电流IR、以及反向电力损耗PR分别为 如下所示数值。 在此估测输出电压为12V和1.5V两种条件下的整 体损耗。 由此可以知道，当正向电流流动的比率大（ORing 电路是典型的例子）时，正向电压VF低的L系列相 日本英达株式会社 输出电流 P/N PF (W) @0.2A IR (mA) @15V PR (W) @15V EP10LA03 0.0315 9.93 0.148 EP10QY03 0.0490 0.554 0.00831 EP10HY03 0.0626 0.0881 0.00132 图9 IF 0 0 VR 7 Input :15V Output :12V / 0.2A Forward 0.21 Reverse 0.79 表4 P/N 整体损耗 (W) EP10LA03 0.124 EP10QY03 0.0168 EP10HY03 0.0141 Input :15V Output :1.5V / 0.2A Forward 0.904 Reverse 0.096 图10 IF 0 对有利， 而施加反向电压的比率大时，反向电流小 的H系列相对有利。 一般使用SBD时，大家容易关注VF的数值之低。 然而，这种观点未必正确，在许多应用中，更低的 IR会更有帮助。 0 VR 表5 P/N 整体损耗 (W) EP10LA03 0.0427 EP10QY03 0.0450 EP10HY03 0.0567 SBD和热失控 S Rth : 热阻 BD的反向电流较大，因此反向电力损耗 也比较大。反向电流随温度的上升呈指数 级上升趋势。并且在超过某一温度时发生 热失控现象。这是由于反向电力损耗和结温之间 为正反馈关系的缘故。 图12 电力损耗 dP/dTj 反向电流 图11 增加 结温 结温 上升 让 我 们 试 着 对 本 公 司 生 产 的 SOD-123 外 形 的 1A/30V SBD3产品计算一下发生热失控的平均 温度。在这里，假设施加100% Duty的反向电压。 这比通常的工作条件要严格得多。 从下一页的计算结果表可以看出，在周围温度 高，热阻高的应用中，热失控是重要的考虑事项， 应认真加以探讨。 NIEC的SBD具有不容易发生热失控的优良特性。 虽然正向电压VF和反向电流IR之间为二律背反的 关系，但经过良好设计的SBD能够均衡地发挥两 方面的特长，而且发生热失控的温度也较高。 反向电力损耗 增加 下面的算式表示热量的发生和扩散之间的平衡 关系，该条件成立时会发生热失控现象。 dP / dTj ＜ 1 / Rth P : 整体损耗 Tj : 结温 日本英达株式会社 8 P/N 发生热失控的温度 表6 100℃/W 200℃/W 270℃/W 300℃/W EP10LA03 91.5 75.7 68.9 66.5 EP10QY03 138.5 127.2 122.4 120.7 EP10HY03 165.8 153.3 147.9 146.0 在这里对SMA外形2A/40V SBD的SB240、FM240 以及本公司生产的EC21QS04共3种产品进行一 下比较。 如下表所示， 最不容易发生热失控的不是 VF最低的SBD，而是综合特性均衡的SBD。 50% duty 107.3℃ 我们相信，通过使用本公司的产品， 一定能够提高 您的设备的性能和可靠性。 考虑热失控问题时，另一个重要的事项是器件本 身的热阻特性。照片中所示的芯片固定不良的产 品可能无法满足规定的热阻。而本公司的产品由 于严格控制芯片固定工程，最大限度地抑制虚焊 的发生，所以能够严格地满足规格的规定。 表7 IRM 发生热失控的温度 Rth=157℃/W SB240 20V 40V VF @2A 100℃ 1.51mA 2.62mA 25℃ 0.484V 125℃ 6.13mA 10.68mA 125℃ 0.438V 123.6℃ FM240 20V 40V 100℃ 2.44mA 4.27mA 25℃ 0.427V 125℃ 10.21mA 19.17mA 125℃ 0.353V VF @2A 114.1℃ EC21QS04 (NIEC) VF @2A 20V 40V 100℃ 0.677mA 1.438mA 25℃ 0.468V 125℃ 2.862mA 5.875mA 125℃ 0.425V 137.1℃ 图13 芯片固定 (铜框架和硅芯片之间的焊接–显偏白颜色的位置为空隙) No Solder Big Voids 本公司产品 其它公司产品 日本英达株式会社 9 为高速二极管。 本资料以实用性为最优先事项，尽量将内容简 化并着力于简单易懂的说明。因此，如果从严密 的角度出发，某些情况下还需要进行进一步的 探讨，请予以理解。 1 高速二极管的概要 为了与商用频率整流等所使用的一般整流二极 管相区别，我们称FRD（Fast Recovery Diode）、 SBD（Schottky Barrier Diode）为高速二极管。 照片9所示为一般整流二极管和高速二极管的 工作电流波形示例。在二极管正方向流动电流 后马上施加反方向电压时，到二极管恢复原有 的特性，即反方向呈现高电阻状态为止需要一 定的时间。在此期间，二极管中会流动较大的电 流，其电流值由外部电路条件和二极管的特性 而决定。 在这个例子中，如果在正方向流动3A的电流时 施加反方向电压，电流以每100ns 5A的速率减少 （-di/dt=50A/µs），因此使用一般整流二极管时 大约400ns期间、使用高速二极管时大约100ns期 间流动反方向电流。该时间称为反向恢复时间， 这种现象称为反向恢复现象。反向恢复时间对 电路来说属于空载时间，而且在本条件下一般 整流二极管会流动高达14A的峰值电流，所以在 高速-高频电路中不可忽视其电力损耗。 从此例子可以看出，与一般整流二极管相比， FRD的反向恢复时间被大幅度地缩短，因此称 0 FRD 一般二极管 照片9 一般整流二极管和高速二极管的 工作波形示例 Ver. 5A/DIV. Hor. 100ns/DIV. 样品：一般30D4、高速30DL4 2 FRD和SBD 虽然FRD和SBD均为高速二极管，但两者的芯 片构造和电子特性不同。 首先将简化的FRD和SBD芯片截面图列于图15 和图16中。 FRD是在N型硅中通过热扩散处理形成P层，因 此又称为PN连接二极管。而SBD采用的是以钼 等金属与硅基板相接触的构造，利用硅和金属 之间的电位势垒（阻挡）差来获得整流作用。 反向偏电压 正向偏电压 电阻 + + - 电阻为零 正方向（低电阻） 反方向（高电阻） 时间 反向恢复时间 图14 以电阻表示反向恢复时 日本英达株式会社 10 照片11为40V SBD和200V FRD之间的反向特性 比较。 阳极 P层 N型硅 阴极 图15 FRD的芯片截面图 SBD FRD 阳极 阻挡层金属 氧化膜 氧化膜 0 照片11 SBD和FRD的反向特性比较 N型硅 Ver. 10µA/DIV. Hor. 50V/DIV. 样品：SBD 31DQ04, FRD 31DF2 阴极 下一步让我们对FRD和SBD的反向恢复特性进 行一下比较。 照片12为在相同电路中工作时的反向恢复比较 慢的FRD和40V SBD的反向恢复电流-电压波形。 在这里，trr为100ns的FRD产生28V的峰值反向恢 复电压，而trr为20ns的SBD产生16V的峰值反向 恢复电压。这里的电压为二极管自身产生的开关 杂波，由此可知，trr时间短的二极管不仅在反向 电力损耗的方面，在杂波性能方面也更为有利。 图16 SBD的芯片截面图 根据负责电传导作用的媒体（载流子）的不同， 将前者归类为少数载流子元件，后者归类为多数 载流子元件，两者呈现不同的电子特性。 照片10为3A等级的FRD和SBD之间的正向电压 特性比较。3A时的FRD的正向电压为0.87V，而 SBD只有0.46V，SBD约为FRD的一半。该数值会 直接影响到二极管的正向电力损耗的大小。 FRD 0 电流 电压 SBD FRD SBD 电流 0 电压 0 照片10 SBD和FRD的正向电压特性比较 Ver. 500mA/DIV. Hor. 100mV/DIV. 样品 ：SBD 31DQ04, FRD 31DF2 照片12 FRD和SBD的反向恢复特性（其一） Ver. 2A, 10V/DIV. Hor. 20ns/DIV. 样品：FRD 30DL4, SBD 31DQ04 SBD的正向电压虽然低，反向耐压最高仅为大约 200V左右。而且，施加反向电压时的漏电流，即 反向电流与FRD相比也格外大。 日本英达株式会社 照片13为属于超高速类型的FRD和SBD的反向 恢复特性的比较。以反向恢复时间短的顺序排列 11 依次为40V SBD、200V FRD以及600V FRD。我们 在后面具体说明，有关反向恢复时间， FRD具有 温度依存性，150℃时约增加到25℃时的2.5至3 倍，而40V SBD即使温度上升也基本没有变化。 （SBD中耐压高的产品具有与FRD相似的温度特 性-后述） 3 应用电路和NIEC的SBD、FRD NIEC为您提供各种外形、电压系列的产品，并提 供适用于各种标准电路的特性的专用系列产品。 此外，SBD以标准系列为基准，另外还设有正向电 压VF更低的产品，以及反向电流IR更低的产品。 正向电压和反向电流之间具有背反的关系，VF低 的话则IR大，IR小的话则VF大。然而，如果采用符 合所使用电路和条件的二极管，可以降低整体的 电力损耗，并可期待提高电源效率1至2%左右。使 用PFC用FRD是也可以期待获得同样的效果。 在这里介绍几个代表性的应用电路和本公司适宜 产品的例子。 电流 40V SBD 0 图17 DC-DC转换器（前馈） 200V FRD 600V FRD 照片13 FRD和SBD的反向恢复特性（其二） Ver. 0.5A/DIV. Hor. 10ns/DIV. 样品：FRD 30DF2/6 SBD 31DQ04 到此为止我们简要介绍了一下FRD和SBD的电子 特性。与FRD相比，可以将SBD的特性上的差异归 纳为以下几点。 1 正向电压低 2 反向恢复时间短，即使温度上升，也不会像FRD 那样增加。 3 反向耐压低，反向电流大 图18 DC-DC转换器（逆程） 笔记本电脑的交流适配器等 SBD在输出20V左右以下的电路中发挥其特长， FRD则能够在SBD的反向耐压不足的更高电压领 域发挥其特长。此外，FRD中trr为数100ns级别的 产品在开关电源中50kHz以下的低价格电源中也 得到应用。本资料以trr为100ns以下的FRED（Fast Recovery Epitaxial Diode）为中心重点加以介绍。 适宜元件示例 C10T10Q-11A C20T10Q-11A C30T10Q-11A QH系列 150V SBD 输出电压(DC V) 3V 5V 12V 18V 24V 48V 次级输出二极管 20・30V SBD 30・40V SBD 100V SBD 150V SBD 200V FRD 200V FRD 400V FRD 表8 一般的适宜次级侧二极管 日本英达株式会社 12 图19至21为近年来常见的5V及12V、以及3.3V或 更低输出电压的DC-DC转换器。图19和20的降压 电路又称为buck converter，图21的升压电路又称 为boost converter。在使用电池的设备中，为了尽 可能延长电池的使用时间，要求DC-DC转换器的 效率越高越好。在这种情况下，正确选择二极管 就更为重要。有关输出二极管的耐压性能要求， 降压电路时应以输入电压为基准，升压电路应以 输出电压为基准进行选择。可以说，我们的30V L系列SBD适用于现今的电池设备及使用交流适 配器的笔记本电脑。在图9的同步整流电路应用 中，EC21QS03L和EC31QS03L的市场销售业绩 十分卓著。 图17和18是代表性的绝缘型DC-DC转换器电路。 适宜的次级二极管的一般耐压性能要求列于表8 中。 图18的逆程电路在交流适配器中广为使用。由于 笔记本电脑用交流适配器的体积小，因此内部温 度较高。出于这个原因，采用正向电压偏高时反 向电流仍然较小的H系列SBD能够抑制损耗。 图19 降压（step-down）DC-DC转换器 IN OUT 图22 笔记本电脑交流/电池OR电路 IC 交流适配器 适宜元件示例 EA60QC03L NSQ03A03L×2 图20 同步整流电路 IN 电池 OUT 图22为笔记本电脑中内置的交流适配器和电池 间的OR电路。对于这种应用，建议您选择使用 3A、30V SBD 2元件内置Dpak外形产品，或使用 两个单元件的产品。 IC 适宜元件示例 EC21QS03L EC31QS03L 图23 ORing二极管 电源 图21 升压(step-up) DC-DC转换器 电源 IN OUT 适宜元件示例 12V电源用 15V SBD 电源 IC 在服务器等要求电源可靠性的应用中，通常使用 多个冗余电源以提高可靠性。图23的ORing二极 日本英达株式会社 13 保二极管之间的电流分配均匀，作为二极管生产 厂家，我们不推荐这样的使用方法。不过，从费用 或交货期的角度出发，这样的做法可能对用户也 有有益的一面。然而，芯片间的反向恢复特性差有 可能会导致EMI的增加。 管由于持续处于导通状态，正向电压低为最先决 条件。比电源电压高出20%的电压为一般的二极 管耐压要求。对于12V的电源，专门开发的耐压 15V的L系列最为适宜。 图24 功率因数改善（PFC）路 DC OUT IN 适宜元件示例 600V A&B シリーズ系列 根据当前的社会需要，电源中广泛组入了能够抑 制高次谐波成分的功率因数改善（PFC）电路。为 此我们在600V FRD中除了标准系列以外，还推出 了专为PFC用途设计的A和B系列产品。前者适用 于工作频率相对低（50kHz以下）的用途，后者则 面向更高的工作频率对正向电压和反向恢复时间 进行了均衡的调整。与标准系列600V产品相比， 在200W输出电源中大约可以缩减1至2W的损耗。 适宜二极管的电流容量以 （整流器的输出电力）／（整流器的输出电压） 的1至2倍为大体的基准。 如上只是大体的基准，实际制作电路时请确认温 度等具体条件。 示例1，5V 50W输出前馈型 以电流容量50（W）/5（V）=10A的40V SBD的共用 阴极双二极管为基准，本公司产品中额定10A（5A 芯片2个）的GCQ10A04（TO-220外形）、FCQ10A04 （Fully molded TO-220外形）符合这个标准。 示例2，15V 30W输出逆程型 以电流容量2A的100V SBD为基准，本公司产品中 额定5A的FSH05A10（Fully molded TO-220外形） 及Tabless TO220外形产品C10T10Q-11A符合这 个标准。 此外，逆程转换器的输出二极管虽然应该是单一 元件，一部分客户将双芯片二极管并联连接来抑 制损耗（温度上升），前馈转换器也出于同样理由 而采用两个并联的双芯片产品。并联使用难以确 日本英达株式会社 14 4 反向恢复特性 Q1门级信号 本章开头提及了反向恢复（Reverse Recovery）特 性，在这里进一步为您提供有助于实际应用反向 恢复特性的详细信息。 4-1 反向恢复特性的波形上的定义 反向恢复特性的波形上的定义如图25所示。反向 恢 复 时 间 的 前 半 部 分 ta 又 称 为 结 恢 复 时 间 （junction recovery time），后半部分tb又称为总体 恢复时间（bulk recovery time）。 Q2门级信号 反向恢复 DUT电流 反向（阻止）电流 约10µs 图27 测量电路时序图 以IRM 为顶点，trr为底边的三角 形的面积为反向恢复电荷量。 2、 约10µs后向Q2施加开通门级信号。E2开始向 DUT施加反向电压，强制二极管发生反向恢复 现象。电流的减少率（-di/dt）由E2控制。（-di/ dt=E2/L）应该将E2控制在DUT的额定反向电 压范围内，以防止向DUT施加的峰值反向电压 不超过其额定值。 图25 反向恢复特性的定义 4-2 反向恢复特性测量电路 图26和图27是本公司生产的超高速FRD用trr测量 电路和时序图。在此简要附带说明一下电路的工 作原理。 此外，各家公司对反向恢复特性的规定条件各不 相同。不过，只要是日本国内生产厂家的产品，即 使所规定的条件不同，只要是同等规格值的产品， 可视其特性基本相同。 4-3 反向恢复特性的温度依存性 FRD（SBD）的反向恢复特性通常规定为25℃时的 反向恢复时间。这是因为受实际工作时的温度上 升的影响，FRD的特性会发生显著的改变。 在同一条件下的5A芯片的200V FRD和40V SBD 的反向恢复特性温度依存示例分别以照片14和照 片15表示。 从照片中可以看出，40V SBD的反向恢复特性基 本不受温度的影响，而FRD随着温度的上升，其反 向恢复时间、电荷量均明显增加。 另外，在照片16和照片17中表示5A 60V SBD和5A 100V SBD的同样的特性示例。随着耐压能力的增 高，SBD也呈现与FRD相同的类似PN二极管的性 质，150V SBD与200V FRD具有同等的温度依存 性。 用户在评价包括反向恢复损失在内的二极管损 电流测定用CT -di/dt=E2/L的关系成立 被测量元件 图26 反向恢复时间（特性）测量基本电路 电路工作 图26的基本电路图中Q1、Q2处使用了MOSFET。 电路工作原理如下。 1，向Q1施加开通门级信号。Q1开通，被测量二极 管（DUT）中流动正向电流。电流值IFM由E1和 Q1的开通阻抗控制，调节到规定的数值。 日本英达株式会社 15 失，或评价开关杂波时，也应考虑此处介绍的温度 依存性。 0 0 25, 50, 75,100℃ 25℃ 50℃ 照片17 5A 100V SBD反向恢复特性的温度依存性 75℃ （IFM=5A, -di/dt=50A/µs） Ver. 0.2A/DIV. Hor. 5ns/DIV. 样品：FSH05A10 100℃ 照片14 5A 200V FRD反向恢复特性的温度依存性 （IFM=5A, -di/dt=50A/µs） 与 Ver. 0.2A/DIV. Hor. 5ns/DIV. 样品 ：FSF05A20 25相 ℃比的 0 trr 25~100℃ 将结温(℃) 图28 600V FRD反向恢复时间的温度依存性 照片15 5A 40V SBD反向恢复特性的温度依存性 4-4 反向恢复特性的-di/dt依存性 （IFM=5A, -di/dt=50A/µs） Ver. 0.2A/DIV. Hor. 5ns/DIV. 样品：FSQ05A04 本公司生产的FRD的反向恢复时间规定为-di/dt ＝50A/µs。照片18表示5A 200V FRD反向恢复特 性的-di/dt依存性。该依存性与FRD、SBD的耐压 能力无关，基本呈现相同倾向。反向恢复时间随着 0 25, 50, 75,100℃ 0 10A/µs 20A/µs 50A/µs 照片16 5A 60V SBD反向恢复特性的温度依存性 （IFM=5A, -di/dt=50A/µs） 100A/µs Ver. 0.2A/DIV. Hor. 5ns/DIV. 样品：FSQ05A06 照片18 5A 200V FRD反向恢复特性的-di/dt依存性 （IFM=5A, Ｔｊ=25℃） Ver. 0.2A/DIV. Hor. 5ns/DIV. 样品：FSF05A20 日本英达株式会社 16 -di/dt的增加而减小，但到达一定限度后则不再减 小。 另一个方法是通过电路常数等参数和二极管的反 向恢复特性材料计算求得结果。计算数式为 E=1/6 × ta × tb × VRM × di/dt （单位为焦耳或 watt-sec/pulse） 以上式可以求得每个脉冲的损耗。在此结果上乘 以频率倍数便可以获得平均损耗。 两种方法有各自的优缺点，需要正确评价反向恢 复损失时，请务必连接实际测量结果进行综合评 价。 4-5 反向恢复特性的正向电流依存性 照片19表示5A 200V FRD的反向恢复特性的正向 电流依存性的示例。然而，在实用的电流范围内， 事实上FRD和SBD均可以忽视该依存性。 0 1, 2, 5, 10A 照片19 5A 200V FRD反向恢复特性的正向电流依存性 （-di/dt=50A/µs, Ｔｊ=25℃） 电压 Ver. 0.2A/DIV. Hor. 5ns/DIV. 样品：FSF05A20 图30 反向恢复损耗的计算 有关600V FRD的正向电流依存性以图29表示。有 关温度、正向电流依存性，200V、400V等的FRD 也呈现同样倾向。 5 正向恢复特性 与标准条件相比的 倍 trr率 有关二极管的正向电压特性，即二极管流动某一 正向电流值时最大发生的正向电压，在商品目录 和技术规格上有明确记载。正向电流上升速度快 的时候，二极管会发生称为正向恢复的现象，可观 测到比额定电压高的正向电压，不过，一般情况下 此现象不会引起问题。电路上可视为存在与二极 管串联的电感成分。 照片20表示40V SBD和600V FRD的正向恢复现 象的示例。 反向耐压越高的二极管，其正向恢复电压越高，但 正向恢复电压与反向耐压之间并不成正比。 在照片21中，令600V FRD的正向电流保持不变， 一边改变电流上升的速度，一边对正向恢复电压 进行比较。从此图中可以了解到，正向恢复现象大 约100ns后结束，正向恢复电压峰值基本与正向电 流的上升成正比。由于该现象持续的时间短，可以 忽视其电力损耗，但是在特殊用途，如作为缓冲二 极管使用时务须考虑此特性。正向恢复电压的发 生程度取决于二极管的基本设计，因此在实用性 上不存在某一特定品种的个体差异。另外，对于同 一设计的二极管，芯片尺寸越大，也就是说额定电 流越大，二极管的正向恢复电压越低。不过，正向 恢复电压与芯片面积并不成反比。 请通过实际电路进行测试，选择合适的缓冲二极 管。 相对于标准IFM的正向电流倍率 图29 600V FRD反向恢复时间的正向电流依存性 4-6 反向恢复损耗的计算方法 可以通过两种方法求得反向恢复损耗。一个是实 际测量的方法，另一个是通过计算算出的方法。反 向恢复时二极管电流-电压波形发生复杂的经时 变化，所以两种方法有各自的优点和缺点。实际测 量的方法需要在电流环路中插入高速分流器。虽 然与实际工作时存在差异，但可以获得十分正确 的结果。如果使用数字示波器，可以利用示波器的 计算功能，容易地算出电力损耗。 日本英达株式会社 电流 17 流动多大的反向电流，此概念与元件的损坏及可 靠性没有直接的关系。 正向电压 正向电流 7 容许电流 600V FRD 容许电流，也就是说在确保元件可靠性的基础上 能够流动的电流，与二极管内部温度（结温）有密 切的关系。这是由于流动的电流越大，二极管的损 耗也越大，与此同时元件内部的温度也随之上升。 结温是影响元件可靠性的主要因素，必须限制在 额定最高结温的范围内。因此，不管电流是连续流 动还是脉冲状流动，必须掌握结温最高升高到何 种程度为止。在此介绍有关容许电流的计算、实际 测量（验证）的相关信息。 此外，由于SBD的反向电力损耗较大，会影响容许 电流。为此，使用SBD时，该损耗也需要考虑到热 设计中去。 0 正向电压 正向电流 40V SBD 0 照片20 600V FRD和40V SBD的正向恢复特性 Ver. 5A, 2V/DIV. Hor. 100ns/DIV. 样品：FRD FSF10A60、SBD FSQ10A04 7-1 散热片热阻 二极管的损耗越大，其温度上升也越高。温度上升 ∆T与损耗P成比例，其系数为热阻。根据不同的基 准，对不同的位置的温度上升规定有不同的热阻。 例如，以周围温度为基准测量散热片温度的热阻 为散热片热阻。如图所示，使用2℃/W的散热片 时，安装在该散热片上的元件产生10W的损耗时， 散热片温度则会上升20℃。温度上升计算的最终 目的是能否将结温保持在规定范围以内。 散热片热阻的大小反映其散热性能的优劣程度。 表面积越大的散热片，冷却效果越高，其热阻越 小。 正向电流 正向电压 di/dt 越 高，正 向 恢复电压越大 0 照片21 正向恢复特性的 di/dt依存性 Ver. 2A, 2V/DIV. Hor. 100ns/DIV. 样品：FRD FSF10A60 10W 6 额定值和特性 Tjmax 在此简单介绍一下二极管的额定值和特性。以 FRD、SBD为首的二极管的代表性额定值有电流、 反向电压、温度以及机械特性方面的额定值。各自 表示可以流动多大的电流，可以施加多大的电压， 必须在多大的温度范围内使用，以及向元件施加 多大范围内的应力不会损坏元件。如果对二极管 施加超过这些额定值的负荷，可能会立即损坏元 件，或降低元件的可靠性。可能发生的后果随具体 情况而有所不同，但务请您以遵守额定值为原则 进行设计。实际使用时可能会涉及到两个以上的 额定值，这种情况下请根据NAND原则，就是说不 可超过其中任意一个额定值为准则进行设计。 与额定值的含义不同，特性是指流动多大的电流 时会发生多大的电压，施加多大的反向电压时会 日本英达株式会社 数据表中 规定的温度 150℃ Tj 110℃ Tc Ta Rthj-c 3℃/W Rthc-a 2℃/W 80℃ 60℃ 图31 热阻和温度差的关系 图32表示自然冷却（不使用风扇进行强制气冷）时 的1mm厚铝制和铜制平板的热阻。但是，这里的 热阻是以多种条件为前提求得的结果，因此只可 作为参考。实际情况下，散热器旁边存在发热体， 18 而且周围（箱体内）温度较高，这些条件都与上述 的前提不同，因此实际的热阻值也有较大差异。出 于这个原因，通过测量实际温度进行验证是必不 可缺的。 80℃/W 散 热 片 热 阻 厚度 1mm 无涂料 正方形散热片 60℃/W 图34 无散热片时 7-2 外壳温度基准点 FRD和SBD的额定电流规定为相对于周围温度或 外壳温度的变量。周围温度为字面的原义，指的是 二极管工作时的周围温度，然而，外壳温度可能稍 微容易引起一些误解。 图35表示JEDEC规定的外壳温度测量位置。在树 脂成型外壳上钻一个孔，将热电偶插入后，测量芯 片近旁的框架温度，将此温度作为外壳温度。实际 上为了测量方便，有测量芯片背面的框架温度，或 在框架扁平面的侧面钻孔测量芯片下方的框架温 度等各种其它方法。 单面面积 （ｃｍ²） 图32 自然冷却时散热板的热阻 图33表示散热片和周围温度之间的温度差对热阻 的影响程度。从该图中可以看出，当箱体内的温度 较高，与散热片之间只有约30℃的温度差时，与图 26相比，散热片热阻增加35%。以上是对板状散热 片的说明，市场出售的块状散热片的情况也类似， 因此，所规定的热阻并不能原封不同地适用到热 设计当中，请务必加以注意。 热电偶 芯片 封装 框架 散热片（散热器） 热 阻 系 数 图35 外壳温度基准点（截面图） （TO-220外形产品的示例） (倍) 从用户看来，在如上所述的位置测量温度十分不 容易。然而，之所以将这样的位置作为外壳温度基 准点，是因为该位置不容易受到外界条件的影响， 另外，用此方法可以获得更低的结-外壳间热阻 值。 外壳温度不是封装的表面温度，请加以注意。 散热片温度上升 （℃） 图33 散热片温度上升和热阻变化 7-3 温度测量 此外，不使用散热片的TO-220外形产品（包括 Fully molded产品）个体的热阻以80℃/W计算，TO -247（3P）外形产品个体的热阻以60℃/W计算。 这意味着如果TO-247（3P）的损失为2W，结温会 上升120℃。 日本英达株式会社 虽然与可靠性和电子特性直接相关的原本是结 温，但是很难在电路工作时测量结温。用户能够测 量的是导线温度、封装表面温度、以及散热片温 度，所以可以在这些测量值上加上与结温的温度 19 差来推测结温。有关与结温间的温度差的计算方 法，我们在后面另行说明，在此首先介绍温度测量 方法。 测量温度时的注意事项如下。 导线温度测量点 芯片 1，让元件在实际使用状态下工作，直到元件到达 安定状态后，测量其温度 2，尽可能不要扰乱原来的热平衡条件 3，一边改变传感器的安装及接触状态，一边进行 多次温度测量，等获得安定的结果以后，使用 最高的测量温度值。 框架 图37 3端子二极管的内部构造 双芯片产品的示例 有关第2个注意事项，请尽量使用热容量小的温度 传感器，并使其紧密接触二极管。如果使用热容量 大的温度传感器，如市场出售的铠装（有护皮型） 热电偶，热量会向传感器散失，因此无法测量到正 确的结果。 测量导线温度时，将热电偶焊接到紧靠导线树脂 近旁的位置。尽量使用细的热电偶（如单根线直径 0.25～0.32mm），并尽量减少使用的焊料量。 各种外形的导线的温度测量点如图36所示。 散热片温度测量点 图38 散热片温度测量点 导线温度测量点 照片22 表面温度测量用热电偶传感器部分 图36 导线温度测量点 对于TO-220、TO-247(3P）等有3端子的二极管， 测量中央端子的温度。这是因为该端子为装载芯 片的框架的一部分。有关各部分的位置，请参照图 37。 图38表示TO-220、TO-247（3P)相关外形产品的散 热片温度测量点。在散热片上加工一个孔，插入热 电偶测量温度。 为了获得安定的散热片温度测量值，请务必在产 品上涂抹导热膏。 作为测量封装温度用的传感器，可以使用以塑料 薄膜封装的箔状热电偶，或使用示温标签。照片22 和23分别为两种元件的示例。不推荐使用热容量 大的表面温度计。 日本英达株式会社 照片23 示温标签的示例 THERMOGRAPHICS MEASUREMENT公司生产 20 件、测量方法的影响非常大，在此只列举了几个实 际测量的结果供您参考。 7-4 连接 -导线间的热阻Rth(j-l） 表9 为代表性使用条件下的连接-导线间热阻（代 表值）。 外形 Rth(j-l) (℃/W) 10JDA、10EDB外形 23 10DDA、20KDA外形 17 30PDA外形 8 SOD-123 (EP)外形 70 SMA (EC)外形 23 NS外形 13 7-6 基于导线温度、散热片温度实际测量 值的结温计算 可以通过导线温度、散热片温度实际测量值和热 阻规格值计算结温。在这里以图示介绍两个示例 的计算结果。请在进行各自计算时引以参考。 （图 39、40） 结温136℃ （计算值） 导线温度90℃ （实际测量值） 温度差46℃ 図32 接合温度計算例 その1 （アキシャルリード品でリード温度から接合温度を計算） TO-251/252 17 TO-220外形 25* Fully Molded TO-220外形 30* TO-247 (TO3P) 15* 二极管损耗 2W连续 连接-导线间热阻 23℃/W 图39 结温计算示例（其一） （轴心导线产品从导线温度计算结温） 表9 连接 -导线间的热阻Rth(j-l) 结温135℃ （计算值） 外壳温度105℃ （计算值） 散热片温度90℃ * 是参考值 有关TO-220、TO-247(3P)外形产品系列，是在忽 视导线本身发热的状态下求得的热阻。然而，这些 封装品在使用时导线本身发热的影响非常大，所 以表3中的数值仅为参考值，其实用性并不大。 二极管损耗 10W连续 连接-外壳间热阻 3℃/W 外壳-散热片间热阻 1.5℃/W 图40 结温计算示例（其二） 7-5 封装表面温度 （Fully Molded TO-220外形产品从散热片温度计算结温） 关于TO-220、Fully molded TO-220、TO-247（3P） 外形产品，于表10介绍封装表面温度的实际测量 示例。虽然连接-封装间热阻的概念对于用户来说 可能更有实际应用价值，但由于该数值受工作条 结温 （℃） TO-220外形 101 Fully Molded TO-200外形 101 TO-247 (TO3P) 100 温度差 15℃ （实际测量值） 对于TO-220、TO-247（3P）外形产品系列，为了 避免导线发热的影响，请测量散热片的温度，然后 以此为基准推测结温。 外形 温度差 30℃ 散热片 温度 封装 温度 （℃） （℃） 90 75～80 有关TO-220、TO-247（3P）外形产品系列的Rth（c -f）（接触热阻），Fully molded产品使用规格规定 数值。这是涂抹导热膏时的数值。另外，在非绝缘 外形产品上使用绝缘板时，请参照该产品的规格 值。一般应为0.5～1℃/W程度的数值。 在以上两个例子中，我们使用稳定状态的热阻 （固定热阻），计算了施加一定电力时的温度上 升，或从平均电力损耗计算了平均温度上升。 80～83 7-7 过渡温度上升的计算 83～87 表10 封装表面温度实际测量示例（供您参考） 日本英达株式会社 21 当二极管内流动脉冲电流时，结温会随着电流的 变化而改变。在这种结温有波动的情况下，必须确 保将瞬间最高温度控制在额定最高结温以下。此 时需要使用过渡热阻取代固定热阻进行计算。 过渡热阻rth是以（脉冲）时间为参数的热阻，可 以使用电力损耗P和rth;通过以下算式计算结温上 升。（参照图41） rth = ∆Tj / P (1) 电力 品名 嵌入芯片 时间 （s） rth (℃/W) FCQ10A04 5A SBD 2芯片 0.001 0.158 FCF10A20 5A FRD 2芯片 0.01 0.792 KCF25A40 12A FRD 2芯片 0.1 1.52 KSQ60A04 60A SBD 1芯片 0.001 0.0979 温度变化 表12 过渡热阻计算示例 需要有关各种产品中的嵌入芯片的详细信息时请 与我们联系。 ● 使用过渡热阻计算过渡温度上升的计算方 法对方形电力脉冲波有效果。然而，现实中 的电流波形大多数场合都与该波形不同。在 这里简要介绍这种情况下的处理方法。 时间 图41 过渡热阻的定义 本公司生产的树脂封装二极管技术规格中没有包 含过渡热阻特性。请通过下面的算式和表11中的 各个常数计算过渡热阻。通过本方法得出的过渡 热阻有效范围的时间上限为1秒钟左右，过渡热阻 的数值不得超出固定热阻的范围。 rth = a×tb (2) t为时间(s) 表11中对每个使用芯片列出了常数，而表12列出 了几种产品的嵌入芯片数和规定时间的过渡热阻 计算结果。 使用芯片 a b FRD或SBD 电流(A) FRD 1 17 0.5 3 10 0.5 5 5 0.4 8 4.5 0.4 12 4.1 0.43 30 1.5 0.4 1 17 0.5 3 10 0.5 5 5 0.5 8 4 0.34 15 3 0.34 30 1.5 0.34 60 1.05 0.34 SBD 正弦波电流 二极管电力波形 等效电力波形 时间 图42 正弦波电流的处理 三角波电流 二极管电力波形 等效电力波形 时间 图43 三角波电流的处理 表11 过渡热阻计算所需的常数 日本英达株式会社 22 过 渡 热 阻 的 有 效 时 间 范 围 下 限 通 常 为 1ms， 或最多10µs左右。时间越短，精度越低。因此，即 使计算µs等级的电力变化以及伴随之的温度变 化，也没有太多实际的意义。 正弦波和三角波电流的处理方法如下。将此类波 形置换为峰值电力相同，面积相同的方形波电力 波形。具体请参照图42和图43。 以下介绍两个计 算示例。（参照图44、45）在计算示例2中，连续 脉冲电流中最后两个脉冲以外的部分以平均值计 算。这是常用的方法，在脉冲幅度短的情况下，即 使将最后一个脉冲以外的部分作为平均值计算， 并且忽视温度的波动，在实际应用时也基本不会 有什么问题。 温度测量及计算时难免发生误差。在各个实际应 用中，对容许电流的最终验证需要通过嵌入器件 的长时间操作寿命试验，以及市场上的实际应用 结果来衡量。 结温计算时刻 电力波形 FCQ10A04 在 FCQ10A04 上施加 1ms 的 10W 电力时， 由表 6 可知， 该产品的 1ms 的过渡热阻是 0.158℃/W，由此可得出 假设在 FCQ10A04 上施加 10ms 周期、1ms 幅度、10W 的电力。由于 FCQ10A04 Duty 为 1/10，平均电力 Pavg 为 1W。结温计算时刻的平均电力的参 与成分∆Tj1 为 ∆Tj1 = 1(W)×〔Rth(j-f)-rth(11ms)〕 的计算结果。 最后两个脉冲的参与成分∆Tj1 为 ∆Tj2 = 10(W)× 〔rth(11ms)-rth(10ms)+rth(1ms)〕 图44 过渡温度计算示例1 而 11ms、10ms、1ms 的过渡热阻分别为 0.254、0.5、0.158℃/W，而 且 Rth（j-f）=4.5℃/W，由此可得出 ∆Tj-f = 3.97 + 1.82 = 5.79(℃) 的计算结果。 图45 过渡温度计算示例2 日本英达株式会社 23 二极管发生过电压破坏时，有时会对发生电压破 坏时施加的电压程度产生误解。例如“在40V SBD上施加400V电压时发生了电压破坏”的情况 时，二极管在施加400V之间就已经损坏，所以不 可能对40V SBD施加400V电压。 为了便于说明，在图48 中表示简化的电路图。Rs 是电路图中电源的内部电阻，虽然无法确定其数 值，但电源电阻一定存在，是与二极管的特性无关 的电路因素。另外，RD是反方向等效内部阻抗， 使用SBD时，随着反向电流的增加，该数值从数 100kΩ降低到低于1Ω。 8 关于反向电压额定值 在这里简单介绍一下反向电压额定值。二极管的 反方向电阻在某一电压以下为高电阻，而超过该 电压时急剧变为低电阻。也就是说，二极管对某一 电压为止的反向电压有阻止能力，施加超过该电 压的反向电压会导致二极管发生电压破坏。该境 界电压称为击穿电压，设计元件时会让击穿电压 高于额定反向电压。 反向电压额定值一般不规定与时间有关的项目。 也就是说，在器件工作期间，不管时间多么短，即 使是一瞬间也不可施加超过反向额定电压值。 （参 照图46） 峰值 反向电压 二极管额定反向电压 电源 二极管 图46 关于反向电压额定值 图48 对二极管施加的电压 该图将接通电源时预想的二极管反向电压状况进 行了模式化表示。由此可以看出，即使是0.1µs的 短时间，也不可超过额定的反向电压值。 二极管反向电压特性的温度依存性如图47 所示。 随着温度的上升，击穿电压、反向电流均增加。从 此图中可以了解到，启动时的温度越低，二极管承 受的电压应力越高，与此同时，对于高温时反向电 流大的SBD，热设计中必须充分考虑反向电力损 耗的因素。击穿电压的温度系数大约为+0.1%/℃ 左右，当电压方面的设计富余较少时，尤其应该注 意低温时的操作。 二 极 管 反 向 电 流 温度 低 温度 关闭SW1时（施加过电压时），流动电流i为（E - VR）/（Rs + RD）。VR是二极管的反向电压。根 据二极管的特性，假设存在某种电路均衡状态。 （参照图49） 二 极 管 反 向 电 流 要对二极管施 加的电压 高 二极管反向电压 图49 要对二极管施加的电压 在上面的例子中，如果Rs = 30Ω，当电流i = 10A左 右时均衡状态成立。请参照图50。 二极管会不会发生破坏，其结果取决于能量（即电 力、施加时间之积）的大小。（参照图51）如果是 相同设计的二极管，有芯片面积越大，越不容易发 生破坏的倾向。只有雪崩式二极管对此能量的大 二极管反向电压 图47 二极管反向特性的温度依存性 日本英达株式会社 24 所示，安装在二极管导线上的Amorphous Bead能 够将所吸收的能量转换为热。可以在照片25中确 认二极管反向恢复现象时Amorphous Bead的效 果，由此可知，Amorphous Bead对降低高速FRD的 开关杂波十分有效。 电源 9 关于交货产品的检查、可靠性 本公司对所生产的每一个FRD、SBD实施包括以 下项目在内的电子特性检查。 图50 二极管上施加的电压示例 二极管反向电流 浪涌电流 IFSM 反向电压（反向电流） VR (IR) 正向电压 VF 反向恢复时间 trr（FRD为限） 二极管反向电压 能量 二极管反向电力 在本公司生产的树脂封装产品中，FRD从0.8A到 30A，SBD从0.5A到60A，备有各种规格的产品。 此外还生产更大电流的模块产品。 由于现在销售的产品中轴心导线产品、SMD、TO -220系列-TO-247（3P）等树脂封装产品的数量居 多，在这里简要介绍一下此类树脂封装产品的可 靠性试验。 可靠性试验是为了确认产品是否能够确保达到所 规定的设计品质。试验包括温度、湿度、热、机械 应力等有关器件使用环境的试验，及电流、电力、 电压等有关对器件内部芯片施加应力的试验，还 有将两者组合在一起的试验。这些试验均在能够 确保器件的最大额定值的条件下进行。 实验条件、方法、步骤等遵循EIAJ ED-4701的规 定。该规格与国际规格的IEC规格具有统一性，所 以基本上是国际通用的标准。 时间 图51 施加过电压时的二极管能量 小有所规定，而FRD、SBD则没有规定。 近年来，出于二极管过电压保护和降低开关杂波 的目的，开始广泛使用Amorphous Bead。如照片24 照片24 安装了Amorphous Bead的二极管 由于树脂封装产品不仅价格方面具有优势，而且 具有实用可靠性高的特长，因此其应用范围逐步 从一般用途扩展到要求可靠性高的用途中。但是， 为了能够确保产品的可靠性，请您务必充分理解 本资料中的注意事项，并在实际应用中予以实践。 电流 0 无Amorphous Bead时 电压 电流 0 有Amorphous Bead时 电压 照片25 Amorphous Bead的开关杂波抑制效果 Ver. 5A, 50V/DIV. Hor. 20ns/DIV. 样品：他社600V FRD 日本英达株式会社 25 可靠性试验实施示例 最后介绍一个Fully Molded TO-220外形SBD的可靠性试验实施示例。 FCQ10A04（Fully Molded TO-220外形10A 40V SBD）可靠性试验结果 表10 ▼环境负荷试验 试验项目 焊料耐热 试验条件的简要 1）焊料槽内温度 260±5℃ 2）浸泡时间 10±1秒 3）试验次数 1次 －40+3-5℃ ＋150±5℃ 温度周期变化 1）低温侧 2）高温侧 3）次数 10次 5 minutes Maximun 5 minutes Maximun 遵照规格 EIAJ ED-4701 试验样品数 （个） 故障数 （个） A-132 条件A 22 0 A-131 22 0 A-111 22 0 A-111 22 0 High Temp. Room Temp. 30 minutes 15 minutes 30 minutes 15 minutes Low Temp. 1 Cycle 端子强度 （拉伸） 1）负重 9.8N（1kgf） 端子强度 （弯曲） 1）负重 2）90度 2）持续时间 3）次数 1次 5±1秒 4.9N（0.5kgf） 往返1次 接下页 日本英达株式会社 26 可靠性试验实施示例 表11 ▼耐久试验 试验项目 试验条件的简要 遵照规格 EIAJ ED-4701 试验样品数 （个） 故障数 （个） 高温保管 1）周围温度 150±2℃ 2）时间 1,000小时 B-111 22 0 低温保管 1）周围温度 －40±3℃ 2）时间 1,000小时 B-112 22 0 1）周围温度 60±3℃ 2）相对湿度 90+5-10％ 3）时间 1,000小时 B-121 条件B 22 0 1） IF＝10A 2） ∆Tj≧80℃ 3 ) 段通回数 D-403 22 0 D-404 22 0 耐潮湿性能 断续通电 5,000サイクル 结 温 开 1循环 关 时间 高温电压施加 1）VRM = 40V 2）Ta = 100℃ 3）时间 1,000小时 4）其它 使用块状散热器 表12 ▼电子特性测量项目及故障判断基准 判断项目 试验条件 上限 反向电流 IR VR＝40V、Ta＝25℃ USL×2.0 正向电压 VF IF=5A、Tj＝25℃ USL×1.2 USL 最大规格值 试验结束后超出本基准的元件判断为发生了故障。 日本英达株式会社 27 使用时的注意事项 并用针头钳子等夹住树脂成型部一侧的导线牢固 加以固定。 弯曲成形的弯曲角度应在90°以内。 使用时的注意事项 ●运输和搬运方法 请注意包装箱的上下方向，并遵守有关重 叠数的规定。 不要投掷，掉落包装箱或元件，或对其施加 强烈振动或撞击。 5mm 弯曲 夹具或针头钳子 ●存放 如果存放条件恶劣，可能会导致焊接性能的下降， 电子特性的恶化，以及可靠性的下降。 请放在交货时所使用的保管盒、卷轴、收藏袋中， 在以下的常规条件下存放。 *常温、常规湿度下（一般为5～35℃，45～70％ RH） *不产生有害气体（腐蚀性气体）及不发生盐腐蚀 的场所 *温度变化少的场所（防止水汽凝结） *不施加负重的状态 *不受阳光直射的场所 5mm 弯曲 使用时，请确认产品外观上没有伤痕、脏污、生锈 等，并确认焊接性能和电子性能后方可使用。 夹具或针头钳子 请勿将导线扁平面的侧面方向弯曲 图1 导线的成形 弯曲成形的次数只应为1次。 另外，请确认导线成形后的电子特性和外观没有 问题。 ●静电（ESD）对策 如果希望购买成形产品，推荐您使用本公司提供 的标准产品。 半导体产品可能会由于静电而导致损坏或性能的 下降。特别是具有MOS构造的产品需充分加以注 意。有关静电的一般性注意事项如下。 ●在散热器上的安装 ●导线的成形 如果在散热器上安装的方法不当，会降低散热效 果，导致特性的恶化和可靠性的降低。一般性要求 条件如下。 *散热器的安装面须为纹路、凹凸少的平坦表面。 将散热器的表面及半导体产品的安装面清扫干 净，均匀地涂抹薄薄一层导热膏。此时，请注意不 要让导热膏粘到螺丝上。 *安装扭矩请遵守规定值。 *作为塑料成型产品的导热膏，推荐使用与成型 树脂亲合力低的油基导热膏G746（信越化学工业 生产），或使用同类产品。 对半导体产品的导线及端子进行成形处理时，有 可能会导致导线的折断或性能的恶化，因此请务 必在以下条件下进行成形处理。 弯曲部分应该距离树脂成型部分至少5mm以上， 对于KSQ60和KSF30的末尾附加“E”，散热片安 装面兼当阴极电极的产品， 请使用接合导热膏（英 文名joint compound，除热传导性能外，还考虑到 *工作服、包装材料、容器、夹具工具等请使用实 施了防静电措施的产品。 *工作环境中请保持充分的湿度（40～60%RH）， 以减少静电的产生。 *工作区域内的工作者、装置、作业设备、架子、 夹具须经由0.5～1mΩ的电阻接地。此外建议您在 工作台和地面上铺设接地的导电性垫子。 日本英达株式会社 28 使用时的注意事项 上。 下图所示的使用夹子安装的方法不仅简便，还可 以缩减组装工序。请选用不会对二极管施加过大 机械应力，同时能够长期维持安定的夹紧压力的 夹子。需要了解可以利用的夹子种类时， 例如可以 参考http://www.fujicon-tb.co.jp/ -Fujicon株式会社 网页。（仅为参考用途） M3 螺丝 垫圈 绝缘套管 绝缘垫 散热片 垫圈 夹子 弹簧垫圈 3mm螺母 图2 TO-220外形产品的安装方法 M3 螺丝 散热片 垫圈 图5 使用夹子的安装方法 散热片 垫圈 ●自动安装 弹簧垫圈 使用自动安装机等装配时，如果施加过大的冲击 力，会引起半导体产品的破损或品质下降。请确认 不会对产品施加过大的撞击。 3mm螺母 图3 Fully Molded TO-220外形产品的安装方法 ●焊接 装配塑料封装产品和焊接导线时，推荐使用能够 进行温度管理的回流焊接法或流体焊接法。各方 法的一般性要求条件如下。 另外，请使用含氯量少 的焊剂。 M3 螺丝 垫圈 绝缘垫 散热片 垫圈 弹簧垫圈 3mm螺母 图4 TO-247(3P)外形产品的安装方法 导电性能的导热膏），或直接焊接到散热片 表1 外形 安装孔径 使用螺丝 （Φmm） 推荐安装 扭矩 （Nm/kgf-cm） TO-220 3.6 Fully molded TO-220 3.2 TO-247 (3P) 3.5 日本英达株式会社 M3 0.5 / 5.1 29 使用时的注意事项 a）回流焊接法（Sn-37Pb低共熔合金焊料） d）流体焊接法（无铅焊料） 240～250℃ 温度 温度 100～140℃ 图6 图9 时间 时间 e）用烙铁手动焊接 b）流体焊接法（Sn-37Pb低共熔合金焊料） 一般性的要求条件如下所示。 温度 *焊接塑料封装产品时，烙铁先端温度（焊接部） 应在350℃以下，须在3秒以内完成焊接处理。 *对于轴心导线类型，请勿对导线根部进行焊接处 理。 *请勿让烙铁先端直接接触树脂封装部位。 *焊接后不要急速冷却，请让其自然冷却。 除实验操作和修理作业以外，请尽量避免用烙铁 手动焊接。有关SMD请与我们咨询。 图7 ●焊接后的洗涤 焊接后要洗涤焊剂等时，根据洗涤剂的特性及洗 涤条件的不同，可能会引起元件的特性恶化，导线 端子的腐蚀， 以及标识标志消失等问题， 请预先确 认洗涤方法。 另外，推荐使用酒精类洗涤剂。并请在尽短时间内 完成洗涤操作。 时间 c）回流焊接法（无铅焊料） 240～250℃ 温度 使用超声波洗涤方法时，根据装置的大小，以及在 基板等上安装的方法，有时可能会产生共振现象 而导致导线切断，请预先予以确认。 一般的洗净条件如下所示。 *不发生共振。 *超声波输出：10W/liter以下 *时间：60秒钟以下 *请勿让元件或基板直接接触共振器。 150～160℃ 图8 时间 ●重新成型（重封装） 对半导体产品实施重新成型处理时，由于重新成 型的温度及树脂的压缩等外部负荷的影响，可能 会导致半导体产品的特性恶化和可靠性的降低。 实施重新成型处理时，请充分探讨使用的树脂种 日本英达株式会社 30 使用时的注意事项 类和作业条件。 ●对于使用超声波振动的焊接/粘结 基板安装加工方法，利用超声波振动实施焊接/粘 结等处理时，可能会由于同一基板上的产品发生 共振现象而引起导线切断，请预先予以确认。 ●特性检测 当您在验收检查等情况下进行产品特性检测时， 请留意不要从测量设备对产品施加浪涌电压，不 要错误连接电路。也请注意不要使用额定值以上 的电流和电压进行测量。 日本英达株式会社 31