肖特基(Schottky)二極管具有低正向電壓降和顯著的成本優勢,自然成為MR16 LED燈驅動器多種不同參考設計中交流電橋式整流的標準器件。Diodes公司(Diodes Incorporated)也一直支持這個做法,提供相關產品。MR16 LED燈替換的市場需求非常大,單單在2013年便錄得高達2億的生產量。這其中是否存在創新和變化的空間?
事實上,MR16 LED燈的廠商已致力于進一步提升產品的可靠性,從而盡可能延長產品的壽命。可是,標準MR16外殼非常局限,因為缺乏通風系統,由LED叢集散發的傳導熱形成了持續不利的環境。例如,驅動器電路須抵受高達100°C的環境溫度,問題因而應運而生。
最大的弱點
若LED燈出現故障,整流器也將受到影響。此時,標準的肖特基二極管便會暴露顯而易見的內在弱點。
縱然這個器件的封裝、貼裝及散熱片技術已有所提升,可是高漏電流特性使它對環境溫度上的變化仍然敏感。當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熱,即使適度受熱,但二極管的低能源金屬勢壘設計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,因此市場對于采用肖特基二極管非常關注。在交流電橋式整流器內,每對二極管的傳導和阻斷工作各占周期的一半時間。要把傳導損耗減至最低,低正向電壓是先決條件。在阻斷模式內,低漏電則是把功率損耗降至最低的關鍵要素。
若負載是完全阻性負載,工作周期就是50%。然而,在實際應用中,一般負載都會連接上電容以減少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。因為相比肖特基二極管,快速恢復外延設備(FRED)無疑能夠在較高溫的情況下,大幅改善漏電問題?墒牵湔螂妷悍从吵雒黠@的缺點。所以我們需要避免的是二極管內出現更高的功率損耗及產生更大的熱量。 那么有什么其他好的解決方案嗎?或是我們只能將就現有的方案?
SBR為理想解決方案
事實上,超級勢壘整流器(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與PN接面二極管的低漏電特性和穩定性結合起來,是增強MR16 LED燈可靠性的首選器件。
對于一般人而言,SBR結構與MOSFET相似。然而,SBR備有短柵極,并且利用數以千計獨立儲存格來制造并聯式柵極通道網絡。
這個結構包含了反柵極,在儲存格下直接建立反向N-MOS通道。在正向工作模式內,大量電子可可在較低正向傳導損耗下,流經反向N通道。電流將從頂電極,經由反向N通道,到達底電極。
在反向工作模式內,當外加電壓達到數百mVs,夾斷電壓基于耗盡層的重疊區而產生。隨著反向電壓上升,反向漏電的變化顯著放緩,并且維持平穩的狀態,到達擊穿電壓。這代表SBR沒有肖特基二極管的缺點。
此外,SBR的正向傳導損耗性能遠超過標準的PN接面二極管,這在輸入橋應用內充分彰顯出SBR器件能夠大幅節省功率及節約能源。
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