基于雪崩性能選擇肖特基二極管

　　圖8：ISO7637-2脈沖5b“鉗位的拋負載”。

　　事實上，最嚴格的正脈沖是脈沖5b，尖峰電壓一般是+36V，持續時間是300ms，串聯電阻是0.5Ω。最嚴格的負脈沖是脈沖1，它的峰值能達到-100V，持續時間為2ms，瞬時峰值電流為10A。

　　脈沖3a的指標是-150V、50Ω串聯電阻和100ns的持續時間，其能量要比脈沖1小得多--意味著如果肖特基二極管指標符合脈沖1要求，那么脈沖3a一點問題也沒有。

　　用于反向電池保護的肖特基二極管選擇標準明確定義為既能滿足電子模塊的正常工作電流(圖1中的If )，也能承受ISO7637-2脈沖。

　　圖1：將肖特基二極管用作反向電池保護的有源汽車模塊的典型原理圖

　　下面讓我們看一下STPS5H100肖特基二極管。這種器件的技術指標如表1所示。

　　表1：STPS5H100特性

　　脈沖5b浪涌測試(圖8)是在使用具有自動保護功能的交流發電機場合最具能量的正浪涌脈沖，具有36V浪涌電壓、0.5Ω串聯電阻、300ms脈沖持續時間--我們可以評估浪涌發生期間STPS5H100上通過的最大電流。

　　圖9：脈沖5b浪涌測試原理圖

　　根據圖9在測試平臺上進行測量將產生以下曲線：

　　圖10：瞬態抑制器側的電流和電壓

　　上圖顯示了流經反向電池保護電路的電流和瞬態抑制器上的電壓。其中值得注意的是電流脈沖持續時間。為了確保這種電流浪涌兼容STPS5H100，有必要與表1給出的IFSM(浪涌非重復性前向電流)進行比較。這張表顯示STPS5H100能夠支持最大電流為75 ARMS、持續時間為10ms的正弦波信號。

　　這種17.2A、70ms指數式浪涌等效于17.2A、154ms的正弦波浪涌(參考AN316應用筆記)。正弦波的變化符合i2t = 常數這個規律。而19A、154ms的浪涌在能量上等效于67A、10ms的正弦波。這樣，我們就可以將這個結果與75A、10ms的IFSM指標進行比較。因此我們可以看到STPS5H100能夠順利通過規定的脈沖5b測試。

　　如果我們看一下圖11所示的脈沖1，事情就不一樣了，因為肖特基二極管正在反向模式導通。

　　圖11：脈沖1的應用案例

　　這個100V VRRM的二極管將激活成反向模式，因為在其端子上的電壓是-113.5V(由于電容電荷的原因等于Vsurge + Vbat)。

　　根據圖12(下面第一張圖)所示原理圖進行Pspice仿真結果可以顯示SPTS5H100消耗的功率，如圖13所示(下面第二張圖)。

　　圖12：脈沖1浪涌測試的Pspice模型

　　圖13：Pspice仿真結果

　　從圖13可以看出，峰值功率是118W的三角形狀，持續時間約120μs。這種三角波等效于59W、持續時間為120μs的方形脈沖。

　　現在，為了確保這張圖符合STPS5H100特性，我們必須仔細查看圖14。

　　圖14：歸一化的雪崩功率降級與脈沖持續時間關系。(STPS5H100數據手冊中的圖3)

　　這個降級曲線表明，STPS5H100能夠消耗的等效雪崩功率為0.035 * PARM = 252W。因此在這個例子中，STPS5H100符合ISO7637-2，可確保良好的反向電池保護功能。

　　本文小結

　　連接汽車電源軌的電子模塊可能會受到由于不良電池操作引起的極性反轉的影響。為了確保電路安全，模塊制造商經常會增加一些反向電池保護器件如肖特基二極管，而不是雙極型二極管，因為肖特基二極管具有良好的方向傳導性能。模塊制造商傾向于選擇“高”擊穿電壓(150V)的肖特基管以便通過ISO7637-2脈沖1和脈沖3a測試及分別強加的-100V和-150V浪涌測試。因此方向傳導性能沒有最優化，因為擊穿電壓越高，前向壓降就越大。

　　盡管如此，還是可以使用更低擊穿電壓的肖特基二極管，比如100V的肖特基二極管。如上所述，由于具有更低的壓降、能夠在ISO7637-2負浪涌測試期間工作在雪崩模式，所以肖特基二極管在方向性傳導損耗方面會帶來一些好處。