肖特基二极管怎么用+原理

肖特基二极管与普通硅二极管（PN结二极管）最核心的结构差异，就在于它没有P+外延层（或P型半导体层），取而代之的是金属-半导体结（肖特基结）。

图表1 肖特基二极管的结构差异

1.更低的正向压降：

在普通PN结二极管中，电流导通需要克服P区和N区接触形成的内建电势差（势垒）。硅材料PN结的这个势垒高度通常在0.7V左右，因此需要大约0.7V的电压才能让二极管开始显著导通（开启电压）。

肖特基二极管是金属（如钼、钛、铂）与N型半导体直接接触形成的金属-半导体结。这个结形成的肖特基势垒高度通常比PN结势垒低得多（大约在0.15V-0.45V之间，取决于金属材料和半导体掺杂浓度）。

图表2 二极管的VI特性

2.更快的开关速度/无少数载流子存储效应：

在普通PN结二极管正向导通时，除了多数载流子（N区的电子进入P区，P区的空穴进入N区）导电外，还会向对方区域注入少数载流子（P区的电子，N区的空穴）。这些注入的少数载流子需要时间才能复合消失。肖特基二极管是多数载流子器件。在正向导通时，主要是N型半导体中的电子注入到金属中形成电流（金属中的空穴很难注入到半导体中）。没有空穴注入到N型半导体中，也就没有少数载流子（空穴）在N区存储。

3.更低的结电容：

PN结二极管的结电容主要由耗尽层电容（势垒电容）和扩散电容（由少数载流子存储引起）组成。在正向偏置时，扩散电容通常占主导。

肖特基二极管由于没有少数载流子存储效应（没有扩散电容），其结电容主要是耗尽层电容。并且，金属-半导体结的结构特性通常使其耗尽层电容也比同等面积的PN结略低。

结论：

肖特基二极管少了P+层，采用金属-半导体结，这直接造就了其低导通压降、超快开关速度、低结电容这三大核心优势，使其在低压、大电流、高频领域成为首选。工程师在设计时必须根据具体的电压、电流、频率、温度等条件权衡利弊，进行选型。

应用场景

肖特基二极管的核心优势在于其低正向压降和极快的开关速度。这两个特性决定了它的主要应用场景：

以下是肖特基二极管最常见的应用方式：

1. 低压大电流整流(特别是开关电源输出端)：

图表3 半波整流电路

场景：在开关电源（如电脑电源、手机充电器、DC-DC转换器）的输出级，需要将高频交流电（通常来自变压器次级或电感）整流成直流电。

作用：由于输出电压通常较低（如3.3V,5V,12V），即使普通硅整流二极管0.7V的压降也会造成显著的功率损耗（压降x电流）和发热。肖特基二极管的正向压降通常只有0.15V-0.45V，在大电流输出时能显著提高效率，降低温升，减小散热器尺寸。

连接：通常用在变压器次级绕组之后，串联在输出回路中（如全波整流桥中的两个臂，或作为中心抽头绕组的整流管）。

2.开关电源中的续流二极管：

场景：在Buck（降压）、Boost（升压）、Buck-Boost（升降压）等DC-DC转换器拓扑中，以及反激式开关电源中。

作用：当控制开关管（MOSFET）关断时，电感中存储的能量需要维持电流流动。肖特基二极管为这个电流提供了一条低损耗的续流通路，将电感能量释放到负载或输出电容。其快速的开关速度至关重要，能迅速导通以接管电流，并在开关管下次导通前快速关断，防止反向电流冲击开关管，提高转换效率并减少开关噪声。

连接：通常并联在电感（或变压器初级/次级）两端，阴极接在开关管漏极/集电极（或变压器同名端）与输出正极的连接点上。

3.防止电源反接保护：

场景：在电池供电设备、电源输入端口等，防止用户误将电源极性接反，导致电路板上的元器件损坏。

作用：利用二极管的单向导电性。当电源极性正确时（正极接二极管阳极，负极接阴极），二极管导通，为电路供电（会有约0.3V的压降）。当电源极性接反时（正极接阴极，负极接阳极），二极管截止，阻止电流流入电路板，从而保护后端电路。

连接：串联在电源输入的正极路径上（阳极接输入电源正极，阴极接电路板电源正极入口）。需注意压降带来的功耗和电压损失。

4.高频应用与检波：

场景：射频电路、高速数字电路中的信号箝位、小信号检波（如AM收音机）、高速逻辑门中的输入保护等。

作用：利用其极低的结电容（比普通PN结二极管小得多）和快速的开关特性，在高频信号下性能更好，信号失真小。作为检波器时，其低开启电压特性有助于提高对小信号的灵敏度。

连接：根据具体电路功能设计，如并联在信号线与地之间进行箝位，或串联在信号路径中进行整流/检波。

5.逻辑门中的输入箝位：

场景：在TTL等逻辑电路中（虽然现代CMOS中较少见）。

作用：防止输入电压过低（低于地）或过高（超过电源电压+Vcc）损坏内部晶体管。利用肖特基二极管导通压降低（约0.3V）的特性，能更快、更有效地将输入电压箝位在安全范围内（-0.3V到Vcc+0.3V）。

连接：通常集成在芯片内部，一个二极管阳极接地、阴极接输入引脚；另一个二极管阴极接Vcc、阳极接输入引脚。

选型：选择肖特基二极管时，必须仔细考虑：

最大正向平均整流电流：确保能承受电路中的最大工作电流。

最大反向峰值电压：必须高于电路中可能出现的最大反向电压，并留有余量。

工作温度范围：高温性能是关键限制因素。

封装与散热：大电流应用必须考虑散热。

审核编辑 黄宇