肖特基二极管详解：原理、作用、应用与选型要点
一、肖特基二极管的基本定义
肖特基二极管（Schottky Diode） 是一种基于金属-半导体结（肖特基势垒）的二极管，其核心特性是低正向压降（Vf≈0.3V）和超快开关速度。
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结构特点：阳极采用金属（如铂、钼），阴极采用N型半导体（如硅、碳化硅）。
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核心公式：
正向压降（Vf） = 金属功函数差 - 半导体电子亲和能
二、肖特基二极管的核心作用
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低功耗整流：
适用于低压大电流场景（如5V/10A电源），减少导通损耗：-
P_loss = Vf × If（如Vf=0.3V，If=10A → P_loss=3W）。
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高频开关：
反向恢复时间（Trr）极短（<10ns），适合高频开关电源（如DC-DC转换器）。 -
电压钳位：
防止电压反向冲击（如USB接口的反接保护）。 -
续流保护：
在开关电路中吸收感性负载的反电动势（如电机驱动电路）。
三、肖特基二极管的典型应用
1. 开关电源续流二极管
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应用场景：Buck/Boost转换器的同步整流。
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作用：MOSFET关断时，二极管为电感提供续流通路，避免电压尖峰。
2. 低压差线性稳压器（LDO）
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应用场景：防止输入电压反接损坏LDO芯片。
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选型要点：Vf需尽量低（如SS34，Vf=0.5V@3A）。
3. 高频信号检波
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应用场景：射频信号解调（如AM收音机）。
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优势：高频损耗小（结电容Cj≈10pF）。
四、肖特基二极管选型的关键参数
| 参数 | 定义与选型规则 | 示例 |
|---|---|---|
| 正向电流（If） | 最大连续正向电流（需≥1.5倍实际电流） | 负载电流5A → 选If≥7.5A的SS56 |
| 反向电压（Vr） | 最大反向耐受电压（需≥1.2倍系统峰值电压） | 系统峰值电压30V → 选Vr≥40V的1N5822 |
| 正向压降（Vf） | 导通时的电压损耗（越低越好） | SS14：Vf=0.5V@1A，MBR0540：Vf=0.3V@0.5A |
| 反向漏电流（Ir） | 反向偏置时的漏电流（高温下显著增加） | 25℃时Ir=1mA，100℃时可能升至50mA |
| 结电容（Cj） | 影响高频性能（高频场景需Cj<10pF） | BAT54S：Cj≈4pF |
五、选型注意事项
1. 热管理
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热阻计算：
Tj = Ta + (P_loss × Rθja)
（Ta：环境温度；Rθja：结到环境热阻）-
示例：Ta=50℃，P_loss=3W，Rθja=50℃/W → Tj=50+3×50=200℃（需选Tj_max≥200℃的型号）。
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2. 反向漏电流控制
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高温影响：Ir随温度指数增长，高温场景需选低Ir型号（如碳化硅肖特基二极管）。
3. 高频性能优化
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布局要点：
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缩短二极管引脚长度，减小寄生电感。
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并联0.1μF电容抑制高频噪声。
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4. 封装选择
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小电流场景：SOD-123（如BAT54）。
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大电流场景：TO-220（如MBR20100CT）。
六、主流厂商及型号推荐
| 厂商 | 典型型号 | 关键参数 | 适用场景 |
|---|---|---|---|
| Vishay | SS34 | If=3A，Vr=40V，Vf=0.5V | 通用低压整流 |
| ON Semi | MBRB1545CTG | If=15A，Vr=45V，Vf=0.6V | 大电流开关电源 |
| STMicro | STPS2H100A | If=2A，Vr=100V，Vf=0.85V | 高反向电压场景 |
| Rohm | RB168LAM-40 | If=1A，Vr=40V，Cj=4pF | 高频信号处理 |
七、常见问题与解决方案
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二极管过热烧毁：
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原因：电流超限或散热不足。
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解决：选更高If的型号，增加散热片或优化PCB铜箔面积。
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系统效率低下：
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原因：Vf过高导致损耗大。
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解决：换用Vf更低的碳化硅肖特基二极管（如Cree C3D02060）。
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高频噪声干扰：
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原因：寄生电感引发振铃。
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解决：缩短走线长度，并联RC缓冲电路。
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八、总结
肖特基二极管选型需兼顾效率、热性能与频率特性：
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低压大电流：优先低Vf型号（如SS34）。
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高频应用：选择低Cj、快恢复型号（如BAT54）。
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高温环境：关注Ir与热阻参数，必要时采用碳化硅材料。
设计箴言：
“低压选肖特基，高频快恢复；
热阻要算清，漏电流莫轻忽。”
注：实际设计需结合数据手册与实测验证，本文参数为典型值参考。