肖特基与普通二极管在DC-DC中的对比

 

2025-06-03 13:51:18

晨欣小编

一、基本原理与结构差异

1.1 肖特基二极管简介

肖特基二极管是一种金属-半导体结二极管,不同于传统的PN结结构,它通过金属(如钼、铝)与N型半导体形成势垒,具有极快的开关速度与极低的正向压降。

主要特性:

  • 正向压降低(0.15V~0.45V)

  • 开关速度极快(皮秒级)

  • 无少数载流子存储效应

  • 反向漏电流相对较大

  • 工作温度有限(多为<150°C)

1.2 普通二极管简介

普通二极管通常为硅PN结器件,具有明显的开通与关断过程,其特性由多数与少数载流子共同决定。

主要特性:

  • 正向压降高(一般为0.7V)

  • 恢复时间较慢(几十纳秒以上)

  • 少数载流子恢复效应导致反向恢复电流

  • 反向耐压高

  • 漏电流小,热稳定性好


二、电性能对比分析

性能参数

肖特基二极管

普通二极管




正向压降(Vf)

0.2V~0.4V

0.6V~0.7V

反向恢复时间(trr)

极快(<5ns,甚至<1ns)

慢(几十ns到上百ns)

反向恢复电流(Irr)

几乎为0

明显

开关速度

快速

漏电流

较大

极小

反向耐压

低(常见为20V~100V)

高(可达600V以上)

热稳定性

一般

较好

成本

相对高

相对低

三、在DC-DC变换器中的关键作用

非同步Buck、Boost、Buck-Boost、Flyback等DC-DC拓扑中,二极管通常充当续流二极管(freewheeling diode),用于在主开关关闭后提供电感续流路径,其特性对电源效率与电磁干扰有重要影响。

3.1 对效率的影响

  • 肖特基低正向压降 → 减少导通损耗 → 提升转换效率

  • 普通二极管正向压降高 → 导致功率浪费,特别是在低压大电流应用中影响更显著

例如,在5V输出、10A负载情况下:

  • 使用肖特基:功耗 ≈ 0.35V × 10A = 3.5W

  • 使用普通二极管:功耗 ≈ 0.7V × 10A = 7W

3.2 对EMI的影响

  • 普通二极管因反向恢复时间长 → 会产生较大的di/dt,带来EMI问题

  • 肖特基反向恢复近似为0 → EMI更低,适用于EMC要求高的场合

3.3 对高频工作的适应性

随着DC-DC频率由数十kHz向数百kHz甚至MHz级提升:

  • 肖特基因无载流子恢复,适用于高频场合

  • 普通二极管因反向恢复时间限制,不适用于>100kHz频率以上电路


四、应用场景对比

应用场合

推荐器件



高频(>200kHz)DC-DC

肖特基

低压输出(如5V、3.3V)

肖特基(效率提升显著)

大电流输出(>5A)

肖特基(减小发热)

高压输入(>200V)

普通二极管(反向耐压更高)

成本敏感、频率低的场合

普通二极管

工业级温度或高温场合

普通二极管(热稳定性好)

汽车电子(需要AEC-Q认证)

看具体型号,部分肖特基已通过车规认证

五、技术选型建议

5.1 关注正向压降(Vf)

  • 肖特基在输出电压较低时优势明显

  • 输出电压越低,Vf所占比例越大,使用肖特基可显著提高效率

5.2 考虑反向耐压(VR)

  • 肖特基一般适用于<100V输入/输出的DC-DC场合

  • 若需更高耐压(如600V),需选超快恢复二极管(FRD)或SiC二极管

5.3 注意漏电流(IR)

  • 肖特基在高温下漏电流增加明显,可能影响待机功耗与效率

  • 特别在待机功耗严格的应用中(如IoT、智能终端)需谨慎评估

5.4 热设计匹配

  • 肖特基虽压降低,但漏电带来额外损耗,热管理同样不可忽视

  • 必须搭配合适的PCB散热铜皮或外加散热片


六、未来趋势与替代技术

6.1 超快恢复二极管(FRD)

  • 介于肖特基与普通二极管之间,具备高压、高频特性

  • 适用于成本与性能折中场景

6.2 碳化硅(SiC)二极管

  • 更高频率、更高效率、更高温度适应能力

  • 常用于工业、服务器、EV快充等领域

  • 成本仍高,但正逐步普及

6.3 集成MOSFET的同步整流方案

  • 替代传统二极管,提高效率

  • 高端DC-DC(同步Buck)常用

  • 适合大电流、低压应用场景


七、总结

肖特基与普通二极管在DC-DC电路中的作用不可替代,但适用场景与设计目标各有不同。前者在高频、低压、大电流应用中展现出压倒性优势,后者则在高压、高温、低频以及成本敏感型设计中依旧保有市场。

正确的器件选型应综合考虑:

  • 电路工作频率

  • 输入/输出电压等级

  • 负载电流大小

  • 成本/温度/体积等系统指标

只有在科学权衡的基础上选择合适的二极管类型,才能实现DC-DC电源在效率、可靠性和EMI控制方面的最优设计。


 

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