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车载肖特基二极管耐压可提升至200V,有望替代快恢复/整流二极管

作者:王莹时间:2019-09-25来源:电子产品世界收藏

  王莹(《电子产品世界》,北京100036)

本文引用地址:/article/201909/405229.htm

  摘 要:在车载市场,200 V产品的需求量越来越大,传统是主导的领域;不过,现在出现了颠覆者,通过改进势垒二极管的阻挡金属材料,势垒二极管可实现高达200 V的耐压,从而显著改善正向电压V F 特性(比以往FRD低约11%)。例如,ROHM已推出了这种新型势垒二极管(SBD),实现了小型化、耐高温、低功耗。

  关键词:肖特基;二极管;

  1 肖特基在车载领域的潜力大

  二极管主要由几种产品构成。如图1,小电压、小电流时一般采用齐纳二极管或TVS(瞬态电压抑制)二极管,小电压、大电流时用肖特基势垒二极管(SBD),大电压、大电流时是二极管或二极管(FRD),高电压采用新材料——碳化硅肖特基。

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  二极管特别是肖特基二极管在汽车业有很大的应用。主要增长点可概括为“CASE”。C是Connected(连接),指与外部相连的信息娱乐系统,由于信息娱乐系统越来越丰富,所需要的ECU(电控单元)会越来越多。但是汽车里的位置和空间是固定不变的,因此只能在有限的体积下把功能做得越来越多,这就需要产品越来越小型化。肖特基二极管的特点是小型化和高效。

  尽管市场现在用FRD更多一些,但预计肖特基二极管的市场潜力大。

  “A”指自动驾驶(Autonomous)。随着肖特基二极管的小型化、高效化,可以得到越来越多的应用。

  “S”指“Share”,即网关。随着外部连接和内部连接的增加,系统越来越复杂。随着小型化、高效化和高可靠性的改进,使得肖特基二极管有越来越广泛的应用。

  “E”指电气化,诸如OBC(车载充电器)、逆变器、DC/DC或LED灯等。

  此外,在小型化和高效化之外,车载产品还有一个特殊要求:在高温环境下可以稳定运行。因此对于在高温环境下可以更好工作的肖特基二极管需求会越来越多。

  实际上,汽车上除了电池、电机(注:因电池和电机没有电路)外,从摄像头一直到主机逆变器,都需要肖特基二极管,所以肖特基二极管在车载市场是需求较大的产品。

  2 ROHM的新产品RBxx8BM/NS200:耐高温、节能和小体积

  2019年8月,罗姆株式会社(ROHM)推出了型号为RBxx8BM/NS200的肖特基二极管,是可以在高温环境下工作的超低I R 产品。由于改进了肖特基二极管的阻挡金属材料,可实现了高达200V的耐压,能显著改善正向电压V F 特性(比以往FRD低约11%)。不仅有助于进一步降低应用的功耗,还可因发热量降低而实现小型封装设计,从而进一步节省空间。

  ROHM功率器件制造本部、功率二极管制造部、商品开发部组长田中宏幸先生与ROHM半导体(北京)有限公司技术中心所长水原德健介绍了其研发定位考虑。

  RBxx8BM/NS200拥有超低的I R (逆向电流)特性。I R 较低,最大的好处是在高温环境下可以稳定工作。

  当然,I R 很低、V F 很高也不够,还要把V F 也做低。V F 低的优势是可降低设备功耗。因此,ROHM的肖特基二极管的优势是可以使设备更节能化,同时在高温下可以稳定运转。

  目前,200 V产品主要还是快恢复(FRD)或整流二极管,缺点是封装很大。如果采用肖特基,可以使它的封装变得更小,这样可以节省空间,即肖特基二极管不仅耐高温、节能,还节省空间。

  如图2,和FRD/整流二极管相比,FRD和整流二极管高温情况运转性能还是比较好的,但是其效率和小型化做不上来。普通肖特基二极管虽然效率和小型化可以做起来,但是不能在高温下工作。而ROHM此次发布的新产品——超低I R 的RBxx8BM/NS200系列既可以在高温下运转,又可以小型化、高效化,即兼具FRD/整流二极管和普通肖特基的优点。

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  那么,为什么ROHM能把RBxx8BM/NS200做到超低I R

  主要是改善了里面专用的阻挡金属。众所周知,FRD是“半导体加半导体”,但是肖特基是半导体上面加金属。ROHM改变了肖特基金属的特性,使它的I R 降了下来。I R 降低之后,可以使它在高温环境下稳定去工作,不会出现热失控。

  热失控是指随着温度的升高,I R 会升高;I R 越升高,温度也越高,是一种恶性循环。也就是漏电流越大,温度越高;温度越高,漏电流越大,会形成温度上升这种恶性循环。

  如果把I R 改善之后,可以使它没有热失控,就杜绝了这种恶性循环。这样在汽车里面虽然温度提高一点,但不会一直提高。

  3 RBxx8BM/NS200的具体优势

  RBxx8BM/NS200有两大优势。第一是低功耗,即非常节能,主要是因为改变了I R 特性,实现了200 V的高耐压。因此,在普通的车载里应用的FRD,可以用肖特基进行取代。实验表明,与FRD相比,V F 大约降低了11%(如图3)。

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  第二是小型化,用肖特基取代FRD之后,可以抑制发热(注:因肖特基的I R 低),因此与ROHM以往产品相比,可以更小型。例如,原有要用FRD的场合,200V/3 A左右的产品需要用SMC封装——产品尺寸很大,如果改成新产品,例如ROHM正在开发的SOD-128封装,可以使体积降低到原来的1/3以下。

  关于产品规划,下一步,ROHM会把这种产品做得越来越小型化,产品系列做得越来越多。

  4 ROHM的肖特基二极管产品阵营

  ROHM是世界主要的二极管制造商之一,占全球约10%的市场份额,世界排名第三;在车载市场,占有20%的份额,居业界第一位。由ROHM对肖特基二极管划分为4个系列,可见产品主要用于4大领域,如图4。

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  二极管有2个最大的特性:正向电压(V F )和逆向电流(I R ),它们是相辅相成的关系:一个大,另一个会小;反之亦然。

  超低V F 可用于移动设备,超低I R 用于汽车。中间的低V F 加上中I R ,主要是利用V F 的特性实现小型化,用于一次、二次电源。另一类V F 并不是特别低,I R 稍低一点,也主要用于一次电源和二次电源。

  此次发布的RBxx8BM/NS200,属于超低I R 产品,在汽车领域用得较多。

  本文来源于科技期刊《电子产品世界》2019年第10期第42页,欢迎您写论文时引用,并注明出处。



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