Два диода шоттки

Когда речь заходит о применении двух диодов Шоттки, многие сразу думают о простом дублировании параметров одного. На деле же, даже при использовании абсолютно одинаковых кристаллов из одной партии, в реальной цепи они начинают жить своей жизнью — из-за разброса тепловых режимов, паразитной индуктивности монтажа и взаимного нагрева. Часто вижу, как коллеги, особенно те, кто больше работает с цифрой, недооценивают этот момент, считая диод чуть ли не идеальным ключом. А потом удивляются, почему КПД проседает или один из диодов в паре выходит из строя раньше срока.

Почему именно два, а не один помощнее?

Тут всё упирается в баланс между током, тепловыделением и физическим размещением на плате. Взять, к примеру, задачу выпрямления на частоте под 100 кГц с током нагрузки в 30А. Казалось бы, можно поставить один диод Шоттки на 30А в корпусе TO-220. Но в таком режиме он будет греться как печка, потребует массивного радиатора, а его тепловое сопротивление ?кристалл-корпус? станет узким местом. Разделение тока между двумя диодами, скажем, на 15А каждый, позволяет распределить тепловую нагрузку. Да, занимаемая площадь на плате увеличится, но зато каждый кристалл работает в более щадящем режиме, что напрямую влияет на надежность. Особенно это критично для импульсных источников питания, где перегрев — главный убийца компонентов.

В нашем производстве на OOO Нантун Ванфэн Электронных Технологий часто сталкиваемся с запросами на подобные решения для клиентских блоков питания. На сайте wfdz.ru в разделе продукции можно увидеть, что мы выпускаем диоды Шоттки в разных корпусах, в том числе и в сдвоенных сборках, что по сути и есть два кристалла в одном корпусе, оптимизированные для совместной работы. Но многие инженеры предпочитают всё же два отдельных компонента — так проще с компоновкой и теплоотводом.

Ключевой момент, который часто упускают — это необходимость симметричной разводки. Если один диод окажется на пару миллиметров дальше от дросселя или конденсатора, паразитная индуктивность в его цепи будет выше. В режиме жесткой коммутации это приведет к более высоким выбросам напряжения на нем при выключении. Со временем это может спровоцировать лавинный пробой. Поэтому на этапе трассировки платы для двух диодов Шоттки нужно буквально выверять длину дорожек, стремясь к максимальной идентичности.

Проблема тепловой связи и как с ней бороться

Допустим, вы грамотно развели плату. Следующая ловушка — взаимный нагрев. Если два диода установлены рядышком на общий радиатор или даже просто близко на плате, они начинают греть друг друга. Температура окружающей среды для каждого из них повышается. В даташите обычно указано тепловое сопротивление переход-среда (RθJA) для одиночного компонента в идеальных условиях. В паре это сопротивление фактически увеличивается.

Был у меня случай с разработкой стабилизатора для светодиодного оборудования. Стояла пара диодов Шоттки SR5100 в корпусах DO-201AD. По расчетам, запас по температуре был более 30°C. На стенде в закрытом корпусе один из диодов через час работы вышел в область теплового пробоя. Оказалось, что второй диод, расположенный с подветренной стороны относительно вентилятора, был в ?воздушной тени? и нагревался на 15-20°C сильнее. Пришлось разносить их по разные стороны платы и добавлять термопрокладку для отвода тепла на шасси. Это типичная ошибка — смотреть на электрическую схему, забывая о схеме тепловой.

В ассортименте нашей компании, как указано в описании OOO Нантун Ванфэн Электронных Технологий, есть и сдвоенные диодные сборки (диодные мосты), и одиночные компоненты. Для сдвоенных решений мы изначально закладываем в конструкцию корпуса лучшую тепловую развязку между кристаллами. Но когда инженер использует два отдельных диода, ответственность за тепловой режим ложится полностью на него. Совет простой: если нет возможности обеспечить хороший обдув и расстояние, лучше заложить в расчеты поправочный коэффициент к RθJA, увеличив его на 20-25%.

Выбор кристаллов из одной партии — не прихоть, а необходимость

Здесь хочу сделать отступление про выбор компонентов. Казалось бы, диоды Шоттки одной маркировки должны быть идентичны. Но разброс прямого падения напряжения (Vf) даже в пределах одной партии может быть 50-100 мВ. Для мощных диодов это существенно. Если взять два диода с разным Vf из разных партий и поставить их параллельно, ток между ними распределится неравномерно. Тот, у которого Vf меньше, возьмет на себя большую нагрузку, будет сильнее греться, его Vf еще больше уменьшится (отрицательный температурный коэффициент для напряжения Шоттки характерен), и он начнет перетягивать на себя еще больше тока. Получается тепловая и электрическая неустойчивость.

Поэтому в серьезных проектах мы всегда настоятельно рекомендуем клиентам, которые закупают компоненты через наш сайт wfdz.ru, для параллельного включения брать диоды не просто одной марки, а из одной производственной партии. Наше производство в Цзянсу, том самом ?краю долголетия?, обеспечивает высокую стабильность параметров внутри партии за счет строгого контроля технологического процесса — а это как раз наша ключевая компетенция. Это мелочь, которая спасает от тихой, постепенной деградации устройства в поле.

Случай из практики: неочевидные потери на восстановление

Еще один нюанс, который проявляется именно при работе пары диодов в высокочастотном преобразователе — это потери при обратном восстановлении. Да, у диодов Шоттки время восстановления крайне мало, но оно не нулевое. И при жесткой коммутации в мостовой или двухтактной схеме, когда один диод закрывается, а второй открывается, возникают короткие сквозные токи через оба диода и ключевой транзистор. Эти пики тока имеют огромную плотность.

Помню, как разбирали отказ в промышленном контроллере. Схема — двухтактный преобразователь, на выходе два наших диода Шоттки серии MBR. По всем расчетам — надежно. Но на осциллограмме в момент коммутации наблюдался короткий, но мощный выброс тока через оба диода, который не был предусмотрен моделью в симуляторе. Проблема была в том, что модель диода не учитывала паразитную емкость и индуктивность выводов в конкретном монтаже. Пришлось в реальной схеме подбирать RC-снабберы, чтобы притушить этот выброс. Вывод: даже для двух диодов Шоттки симуляция на макромоделях — это только половина дела. Обязательна сборка макета и проверка на реальных осциллограммах, особенно по току.

Именно для таких сложных случаев наше предприятие и развивает глубокую экспертизу в разработке технологических процессов. Недостаточно просто сделать кристалл с низким Vf. Нужно обеспечить стабильность его динамических параметров от партии к партии, чтобы поведение диода в цепи было предсказуемым. Это то, над чем мы работаем в OOO Нантун Ванфэн Электронных Технологий.

Когда два диода — это не параллельное включение

Часто ?два диода Шоттки? встречаются в схеме не как параллельные элементы, а как часть более сложной топологии. Классический пример — синхронный выпрямитель, где один диод работает в паре с MOSFET, или схема OR-ing для резервирования источников питания. Здесь требования уже другие.

В схеме OR-ing диоды работают на разделение источников. Критичным параметром становится не столько прямое падение, сколько обратный ток утечки. Если он будет велик, то при отказе одного источника через его диод будет происходить паразитный подсос тока от исправного источника. Мы как производитель для таких применений предлагаем диоды с особым контролем параметра обратного тока (Ir) при повышенной температуре. Это достигается именно за счет совершенствования технологического процесса на кремниевой пластине.

В синхронном выпрямлении диод Шоттки часто стоит параллельно MOSFET как защитный, или является его внутренним паразитным диодом. Задача инженера — минимизировать время, в течение которого ток течет через этот диод, так как потери на нем выше. Но если речь идет именно о внешнем отдельном диоде, то его быстродействие и способность выдерживать частые циклы обратного восстановления выходят на первый план. Для таких задач мы в своей линейке выделяем диоды с оптимизированным временем восстановления, хотя маркировка может быть похожей на обычные.

Заключительные мысли: простота обманчива

Так что, возвращаясь к началу. Работа с двумя диодами Шоттки — это отличный пример того, как простое с виду инженерное решение обрастает десятком практических условий. Это не просто ?взять и поставить?. Это анализ тепловых режимов, симметрия монтажа, внимательный выбор компонентов из одной партии и обязательная натурная проверка динамических процессов на макете.

Как производитель, интегрирующий НИОКР, производство и сбыт, мы в OOO Нантун Ванфэн Электронных Технологий видим своей задачей не просто продать полупроводниковый прибор, а чтобы он надежно работал в схеме заказчика. Поэтому в технической поддержке мы всегда стараемся донести эти практические нюансы, особенно когда видим в спецификации заказчика применение нескольких диодов в мощных или высокочастотных цепях. Иногда лучшая помощь — это вовремя заданный вопрос: ?А как вы планируете их расположить на плате??. Это спасает и время, и репутацию, и сами компоненты.

В конце концов, надежность устройства складывается из мелочей. И правильное применение даже такой, казалось бы, простой вещи, как два диода Шоттки, — одна из таких важных мелочей. На этом, пожалуй, всё.