肖特基(Schottky)二極管具有低正向電壓降和顯著的成本優(yōu)勢(shì),自然成為MR16 LED燈驅(qū)動(dòng)器多種不同參考設(shè)計(jì)中交流電橋式整流的標(biāo)準(zhǔn)器件。Diodes公司(Diodes Incorporated)也一直支持這個(gè)做法,提供相關(guān)產(chǎn)品。MR16 LED燈替換的市場(chǎng)需求非常大,單單在2013年便錄得高達(dá)2億的生產(chǎn)量。這其中是否存在創(chuàng)新和變化的空間?
事實(shí)上,MR16 LED燈的廠商已致力于進(jìn)一步提升產(chǎn)品的可靠性,從而盡可能延長產(chǎn)品的壽命。可是,標(biāo)準(zhǔn)MR16外殼非常局限,因?yàn)槿狈νL(fēng)系統(tǒng),由LED叢集散發(fā)的傳導(dǎo)熱形成了持續(xù)不利的環(huán)境。例如,驅(qū)動(dòng)器電路須抵受高達(dá)100°C的環(huán)境溫度,問題因而應(yīng)運(yùn)而生。
最大的弱點(diǎn)
若LED燈出現(xiàn)故障,整流器也將受到影響。此時(shí),標(biāo)準(zhǔn)的肖特基二極管便會(huì)暴露顯而易見的內(nèi)在弱點(diǎn)。
縱然這個(gè)器件的封裝、貼裝及散熱片技術(shù)已有所提升,可是高漏電流特性使它對(duì)環(huán)境溫度上的變化仍然敏感。當(dāng)反向功率超出這款肖特基二極管的散熱能力,也就是散熱速度不及發(fā)熱,即使適度受熱,但二極管的低能源金屬勢(shì)壘設(shè)計(jì)使它容易受到破壞性熱失控的影響。
除了低正向電壓,低漏電也同樣重要,因此市場(chǎng)對(duì)于采用肖特基二極管非常關(guān)注。在交流電橋式整流器內(nèi),每對(duì)二極管的傳導(dǎo)和阻斷工作各占周期的一半時(shí)間。要把傳導(dǎo)損耗減至最低,低正向電壓是先決條件。在阻斷模式內(nèi),低漏電則是把功率損耗降至最低的關(guān)鍵要素。
若負(fù)載是完全阻性負(fù)載,工作周期就是50%。然而,在實(shí)際應(yīng)用中,一般負(fù)載都會(huì)連接上電容以減少LED紋波電流,這樣每支二極管的工作周期就能夠降低至10%。因此反向漏電性能就顯得至關(guān)重要了,其次才是正向電壓。既然如此,我們是否可以考慮使用PN接面二極管呢?
答案很顯然是不能考慮。因?yàn)橄啾刃ぬ鼗䴓O管,快速恢復(fù)外延設(shè)備(FRED)無疑能夠在較高溫的情況下,大幅改善漏電問題。可是,其正向電壓反映出明顯的缺點(diǎn)。所以我們需要避免的是二極管內(nèi)出現(xiàn)更高的功率損耗及產(chǎn)生更大的熱量。 那么有什么其他好的解決方案嗎?或是我們只能將就現(xiàn)有的方案?
SBR為理想解決方案
事實(shí)上,超級(jí)勢(shì)壘整流器(Super Barrier Rectifier,簡稱SBR)面世已久,并成功提升較高功率和高溫電源的效率。SBR把肖特基二極管的低正向電壓特點(diǎn)與PN接面二極管的低漏電特性和穩(wěn)定性結(jié)合起來,是增強(qiáng)MR16 LED燈可靠性的首選器件。
對(duì)于一般人而言,SBR結(jié)構(gòu)與MOSFET相似。然而,SBR備有短?hào)艠O,并且利用數(shù)以千計(jì)獨(dú)立儲(chǔ)存格來制造并聯(lián)式柵極通道網(wǎng)絡(luò)。
這個(gè)結(jié)構(gòu)包含了反柵極,在儲(chǔ)存格下直接建立反向N-MOS通道。在正向工作模式內(nèi),大量電子可可在較低正向傳導(dǎo)損耗下,流經(jīng)反向N通道。電流將從頂電極,經(jīng)由反向N通道,到達(dá)底電極。
在反向工作模式內(nèi),當(dāng)外加電壓達(dá)到數(shù)百mVs,夾斷電壓基于耗盡層的重疊區(qū)而產(chǎn)生。隨著反向電壓上升,反向漏電的變化顯著放緩,并且維持平穩(wěn)的狀態(tài),到達(dá)擊穿電壓。這代表SBR沒有肖特基二極管的缺點(diǎn)。
此外,SBR的正向傳導(dǎo)損耗性能遠(yuǎn)超過標(biāo)準(zhǔn)的PN接面二極管,這在輸入橋應(yīng)用內(nèi)充分彰顯出SBR器件能夠大幅節(jié)省功率及節(jié)約能源。
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