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二極管的抗瞬態(tài)沖擊電流能力的評(píng)估方法

嘉峪檢測(cè)網(wǎng)        2026-04-22 21:27

本文適用于整流二極管、肖特基二極管;不適用于開(kāi)關(guān)二極管、穩(wěn)壓二極管。

 

評(píng)估二極管的抗瞬態(tài)沖擊電流的能力需要用到I²t(電流平方時(shí)間積)參數(shù)。I²t是衡量其短時(shí)浪涌 / 過(guò)載熱耐受能力的核心參數(shù),其本質(zhì)是焦耳積分,代表器件不被損壞可承受的最大瞬時(shí)熱能量。

 

1.datasheet中的I2T參數(shù)

二極管的抗瞬態(tài)沖擊電流能力的評(píng)估方法

圖中參數(shù)說(shuō)明:

60Hz的正弦波的半周期是8.3ms;50Hz的正弦波的半周期是10ms;

datasheet中的I2T參數(shù)是基于正弦波計(jì)算的:

二極管的抗瞬態(tài)沖擊電流能力的評(píng)估方法

計(jì)算結(jié)果與手冊(cè)中給出的參數(shù)是一致的。

 

如果是50Hz的半正弦波,從能量恒定的角度出發(fā),浪涌電流應(yīng)該為:

二極管的抗瞬態(tài)沖擊電流能力的評(píng)估方法

 

2.非正弦波時(shí)的脈沖寬度換算

參數(shù)說(shuō)明:

等式左邊對(duì)應(yīng)的是 手冊(cè)中給定的參數(shù),等式右邊是其計(jì)算公式。其中:

Ip 是峰值電流;

t  是脈沖寬度

τ 是時(shí)間常數(shù)

半正弦波:(手冊(cè)中給出的波形周期是8.3ms/60Hz或者10ms/50Hz)

二極管的抗瞬態(tài)沖擊電流能力的評(píng)估方法

方波: 

二極管的抗瞬態(tài)沖擊電流能力的評(píng)估方法

三角波:

二極管的抗瞬態(tài)沖擊電流能力的評(píng)估方法

指數(shù)波:(τ為指數(shù)波的時(shí)間常數(shù))

二極管的抗瞬態(tài)沖擊電流能力的評(píng)估方法

 

3.物理極限問(wèn)題

既然I²t是定值,那是不是說(shuō)只要脈沖寬度足夠窄,那電流就可以無(wú)限大?例如: 

二極管的抗瞬態(tài)沖擊電流能力的評(píng)估方法

甚至:

二極管的抗瞬態(tài)沖擊電流能力的評(píng)估方法

由于本人并非從事半導(dǎo)體物理及封測(cè)設(shè)計(jì),我也就沒(méi)有確證的理論支持。但如此大的數(shù)值,我是沒(méi)有足夠的信心的。

有關(guān)半導(dǎo)體器件破壞性電流的公開(kāi)的信息:(來(lái)源于網(wǎng)絡(luò))

l熱失效(最常見(jiàn)):瞬態(tài)電流引起焦耳熱,導(dǎo)致局部結(jié)溫超過(guò)硅的本征溫度(約250~300°C)或鋁硅共晶點(diǎn)(約577°C),造成材料熔化或熱應(yīng)力斷裂。

l電遷移/過(guò)流燒毀:電流密度超過(guò)鋁金屬化層的電遷移極限(約10? A/cm²量級(jí))或使鍵合線熔斷(類似保險(xiǎn)絲)。

因此,即使脈沖足夠窄,電流也不是無(wú)上限的。在這方面,ESD擊穿應(yīng)該是可以提供一個(gè)旁證的。(ESD的電流其實(shí)不大,寬度也只有不到1ns)

那上限怎么確定呢?

我覺(jué)得答案還是要源于datasheet:手冊(cè)中給出的I²t是有條件的:

二極管的抗瞬態(tài)沖擊電流能力的評(píng)估方法

我們不妨以1ms確定物理上限:

二極管的抗瞬態(tài)沖擊電流能力的評(píng)估方法

這一點(diǎn),應(yīng)該是能保證的。

確定無(wú)疑的是,廠家肯定留的有裕量:0.5ms,甚至0.1ms會(huì)是什么情況呢?

二極管的抗瞬態(tài)沖擊電流能力的評(píng)估方法

二極管的抗瞬態(tài)沖擊電流能力的評(píng)估方法

電子行業(yè)經(jīng)驗(yàn)來(lái)看:1.4倍的裕量有可能,3倍裕量就有點(diǎn)兒太奢侈了。

結(jié)論:

盡量還是按照1ms的脈沖寬度來(lái)校核你的裕量。畢竟任何超出datasheet的應(yīng)用廠商都是不給你明確保證的。雖然我們知道廠家留的肯定有裕量。

 

4.應(yīng)用領(lǐng)域

電容充電、負(fù)載上電、外部負(fù)載短路(線束有電感)、感性負(fù)載關(guān)斷。

特別是在感性負(fù)載驅(qū)動(dòng)電路中,所選的續(xù)流二極管是否能耐受關(guān)斷時(shí)的續(xù)流電流,I²t給出了一種評(píng)估方法。

 

5.設(shè)計(jì)裕量

評(píng)估抗沖擊能力時(shí),建議至少按照1.5倍裕量來(lái)評(píng)估。

 

6.I²t和EAS

I²t評(píng)估的是二極管的正向抗浪涌擊穿能力。

EAS評(píng)估的是二極管的反向抗雪崩擊穿能力。關(guān)于這一點(diǎn),盡量不要用到,提高二極管的反向擊穿電壓更有可操作性。

 

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來(lái)源:姚XX

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