Диод шоттки параллельно

Когда заходит речь о параллельном соединении диодов Шоттки, многие сразу думают о простом увеличении тока — поставил два вместо одного и готово. Но на практике всё упирается в тонкости, которые в даташитах часто обходят стороной. Сам сталкивался с ситуациями, когда такая, казалось бы, логичная схема приводила к перегреву одного из кристаллов и выходу узла из строя. Особенно это критично в силовых цепях, где мы работаем с большими токами и тепловыделением. Попробую разложить по полочкам, исходя из своего опыта и наблюдений за продукцией, которая проходит через наши руки на производстве.

Почему вообще возникает потребность ставить диоды параллельно?

Основная причина, конечно, ток. Допустим, нужен выпрямитель на 100А в импульсе, а под рукой только диоды Шоттки на 50А. Логика подсказывает соединить два. Или другой случай — нужно снизить тепловыделение на каждом отдельном кристалле, распределив нагрузку. В теории звучит разумно, но здесь кроется первый подводный камень — разброс параметров. Даже в одной партии, даже от одного производителя, как у нас в OOO Нантун Ванфэн Электронных Технологий, где контроль процессов строгий, вольт-амперные характеристики двух диодов никогда не будут идеально идентичными.

На производстве мы это видим при тестировании. Берём два диода из одной коробки, ставим их на стенд при одинаковой температуре — падение напряжения на них может отличаться на десятки милливольт. Казалось бы, ерунда. Но когда они стоят параллельно, ток пойдёт преимущественно через тот диод, у которого падение напряжения меньше. Он начнёт греться сильнее, его сопротивление ещё больше уменьшится (у Шоттки есть такая особенность), и ток через него станет ещё выше. Получается тепловая неустойчивость.

Поэтому просто взять и соединить выводы — это путь к отказу. Нужны дополнительные меры. Раньше, лет десять назад, мы пробовали ставить резисторы в каждую ветку, чтобы выровнять токи. Но это добавляло потери и сводило на нет одно из главных преимуществ диодов Шоттки — низкое прямое падение напряжения. Сейчас подход иной.

Ключевые факторы, влияющие на балансировку токов

Первый и самый очевидный — тепловая связь. Если два диода Шоттки разнесены по плате, их тепловые режимы будут разными. Тот, что ближе к другому горячему компоненту, уже изначально в проигрыше. Поэтому их нужно монтировать на общий теплоотвод, причём с хорошим тепловым контактом. Идеально — использовать сборки, где несколько кристаллов изначально смонтированы в одном корпусе на общей подложке, как в некоторых наших силовых модулях. Тогда температура кристаллов выравнивается, и ток распределяется более-менее равномерно.

Второй фактор — индуктивность и длина проводников. В схемах с высокой скоростью переключения (а диоды Шоттки как раз часто там и применяются) даже небольшая разница в длине дорожек к параллельным диодам создаёт разную паразитную индуктивность. Это влияет на динамику включения-выключения и может опять же привести к перекосу токов в переходных процессах. Приходится очень тщательно подходить к разводке печатной платы, делать симметричные пути.

И третий, про который часто забывают, — это влияние температуры пайки. Если один диод при монтаже перегрели больше, чем другой, это может необратимо изменить его параметры. На нашем заводе в Жугао для ответственных изделий мы используем пайку в печах с чётким термопрофилем, чтобы минимизировать этот риск. Но в условиях ремонта или прототипирования об этом легко не подумать.

Опыт с продукцией WF DZ и конкретные модели

В нашем ассортименте на сайте wfdz.ru есть серии диодов Шоттки, которые теоретически подходят для параллельного включения. Например, модели в корпусах TO-220 или TO-247. Но в документации мы прямо не пишем рекомендаций по параллельному соединению — слишком много переменных зависит от схемы применения заказчика. Однако, исходя из внутренней статистики по отказам и обратной связи от клиентов, могу отметить, что лучше всего себя показывают в таких конфигурациях диоды из одной производственной партии с последовательными номерами.

Был у нас случай с одним заказчиком, который делал мощный блок питания. Он параллелил три наших диода серии SBL3040PT. Сначала жаловался на перегрев одного из них. Когда разобрались, оказалось, что на плате они были расположены в ряд, и средний хуже обдувался вентилятором. Плюс, дорожка к нему была чуть тоньше. После переразводки и установки всех трёх на единый массивный радиатор проблема ушла. Это классический пример, когда проблема не в компонентах, а в их окружении.

Ещё один момент — использование индивидуальных снабберных RC-цепей для каждого диода при работе на высоких частотах. Это помогает подавить паразитные колебания и немного выровнять условия работы. Но, опять же, добавляет complexity схеме.

Когда параллельное включение оправдано, а когда нет?

Оправдано, когда нужно повысить надёжность по току с большим запасом, а готового диода на нужный ток просто нет в природе или он непомерно дорог. Или в резервированных системах, где отказ одного канала не должен приводить к катастрофе. Но в этом случае часто используют схему с раздельными дросселями или орбитронами для деления тока — это уже уровень серьёзной силовой электроники.

Абсолютно не оправдано параллельное включение для снижения прямого падения напряжения. Оно не снизится. Падение определяется физикой полупроводникового перехода. Если нужен меньший Vf — нужно искать диод с другим технологическим процессом или на другом материале (например, карбид кремния), но не ставить два кремниевых параллельно.

Также сомнительна эта идея в низковольтных цепях с высоким током, где потери на проводниках и контактах могут стать соизмеримыми с потерей на самом диоде. Здесь малейшая асимметрия в сопротивлении дорожек или качестве пайки сведёт все усилия на нет.

Альтернативы и современные тенденции

Сейчас, с развитием технологий, проще и надёжнее использовать готовые сборки. Наше предприятие, OOO Нантун Ванфэн Электронных Технологий, как раз движется в этом направлении. Вместо того чтобы заставлять инженера-схемотехника ломать голову над балансировкой, мы предлагаем силовые модули, где два или более кристалла диодов Шоттки уже соединены внутри корпуса, смонтированы на керамической подложке и термически сбалансированы. Это сразу снимает массу головной боли.

Другая тенденция — переход на диоды с барьером Шоттки на основе карбида кремния (SiC). У них изначально более высокое допустимое напряжение и лучшие температурные характеристики, что в некоторых случаях позволяет обойтись одним компонентом там, где раньше думали о параллелировании кремниевых.

Но если уж говорить о классических кремниевых решениях, то самый практичный совет — всегда брать токовый запас не менее 30-40% на каждый диод в параллельной сборке. И не забывать про качественный, общий и массивный теплоотвод. А при первой возможности — тестировать макет в наихудших тепловых условиях. Теория теорией, а практика, как всегда, вносит свои коррективы. Как показывает наш опыт в Жугао, интеграция исследований и производства позволяет предвидеть многие из этих проблем ещё на этапе разработки технологического процесса, но полностью исключить человеческий фактор при монтаже и проектировании конечного устройства пока невозможно.