Diode Schottky là một loại linh kiện điện tử, còn được gọi là diode rào cản. Nó được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng khác nhau như bộ trộn âm, trong các ứng dụng tần số vô tuyến và như một bộ chỉnh lưu trong các ứng dụng điện. Đó là một diode điện áp thấp. Sụt giảm công suất thấp hơn so với diode tiếp giáp PN. Diode Schottky được đặt theo tên nhà khoa học Schottky.

Định nghĩa

Điốt Schottky là một loại diode đặc biệt cho phép dòng điện chỉ đi theo một hướng.Sự khác biệt là ở cách nó được tạo ra, thay vì nối các chất bán dẫn loại p và loại n, nó kết nối một kim loại (chẳng hạn như vàng, nhôm hoặc bạch kim) với chất bán dẫn loại n.Thiết kế này cho phép bật diode với mức điện áp rơi thấp hơn (khoảng 0,15 đến 0,45 volt) và chuyển đổi nhanh hơn nhiều so với diode thông thường.Do đó, diode Schottky được sử dụng trong các mạch tốc độ cao và điện áp thấp như bộ chỉnh lưu nguồn, bộ chuyển đổi và mạch bảo vệ, trong đó hiệu suất và phản ứng nhanh là rất quan trọng.

Một số đặc tính

1 Điện áp ghim thấp

Diode Schottky có điện áp ghim thuận (Forward voltage – Vf) rất bé, trong khoảng 0.14 -> 0.5 V. Trong khi đó, diode thông thường có Vf > 0.65V (1N4007 chính hãng có Vf = 1.1 V).

Điện áp ghim (Vf) bé góp phần tăng tần số chuyển mạch và tăng hiệu suất của diode. Hãy thử tính công suất hao phí trên diode ZLLS350TA có Vf = 0.38V

Giả sử dòng điện chạy qua là If = 1 A.

Công suất hao phí (Pd) của ZLLS350TA = 0.38V * 1A = 0.38 W (dưới dạng nhiệt)

Với cùng dòng điện 1A chảy qua 1N4007(chính hãng) thì Pd = 1.1V *1A = 1.1W (dưới dạng nhiệt)

2 Tần số chuyển mạch lớn

Các diode Schottky đều cho phép tần số chuyển mạch ≥ 2 MHz (recovery time ≤ 500 ns). Còn diode thường có tần số chuyển mạch < 2 MHz (recovery time > 500 ns).

Chúng ta có 1 tham số mà datasheet cung cấp để tính toán tốc độ chuyển mạch của diode đó là Reverse Recovery Time. Khi diode chuyển từ trạng thái phân cực thuận sang phân cực ngược, sẽ mất một khoảng thời gian gọi là Reverse Recovery Time. Trong thời gian này, diode sẽ cho phép dòng ngược chạy qua.

Khi chuyển từ trạng thái phân cực ngược sang phân cực thuận, dòng điện thuận sẽ giảm dần về 0. Dòng điện ngược sẽ tăng lên đến một giá trị cực đại rồi giảm về gần 0.

Đối với diode thường thì Reverse Recovery Time rất lớn, còn diode Schottky có giá trị này rất nhỏ. Hãy cùng so sánh mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ sử dụng diode 1N4007 và Schottky.

Ở tín hiệu đầu ra của chỉnh lưu 1N4007, ta thấy rằng bán kỳ âm vẫn tồn tại một chút do có Reverse Recovery Time lớn, dẫn đến trong một khoảng thời gian tương đối dài dòng điện ngược vẫn chảy qua.Ở tín hiệu đầu ra của chỉnh lưu diode Schottky thì chỉ có bán kỳ dương, do có tham số Reverse Recovery Time rất bé.

Dựa trên 2 đặc tính vừa trình bày bên trên có thể dễ đoán ra ứng dụng của con Diode này cho ứng dụng tần số cao, và tiết kiệm năng lượng.

Cấu tạo

Diode Schottky là một tiếp giáp đơn phương. Một điểm tiếp xúc kim loại - bán dẫn được hình thành ở một đầu và một điểm tiếp xúc kim loại - bán dẫn khác được hình thành ở đầu kia. Nó là một tiếp xúc hai chiều Ohmic lý tưởng mà không có điện thế tồn tại giữa kim loại và chất bán dẫn và nó không phải là chỉnh lưu. Điện thế tích hợp trên diode rào Schottky hở mạch là đặc trưng của diode Schottky.

Nguyên lý hoạt động

Diode Schottky chỉ cho dòng điện chạy theo một hướng. Khi nó phân cực thuận, cực dương được nối với cực dương (VCC) và cực âm với cực âm. Ở trạng thái này, dòng điện đi qua diode và đèn LED sáng lên. Điện áp rơi trên diode Schottky nhỏ, thường từ 0,2 đến 0,4 volt, giúp nó hoạt động nhanh hơn và hiệu quả hơn so với diode thông thường.

Khi diode phân cực ngược, cực dương được nối với cực âm và cực âm với cực dương. Ở trạng thái này, diode chặn dòng điện nên đèn LED vẫn tắt.

Các mạch này cho thấy diode Schottky dẫn dòng điện theo hướng thuận và ngăn dòng điện chạy theo hướng ngược, thể hiện đặc tính chuyển mạch nhanh và sụt áp thấp của nó.

Ứng dụng

Nguồn điện chuyển mạch
Trong nguồn điện chế độ chuyển mạch, nó được sử dụng rộng rãi để chỉnh lưu và chạy tự do. Độ sụt điện áp thuận thấp và đặc tính chuyển mạch nhanh của nó có thể cải thiện đáng kể hiệu suất nguồn điện và giảm tổn thất nhiệt. Ví dụ, trong bộ chuyển đổi DC-DC, điốt Schottky có thể được sử dụng làm thiết bị chỉnh lưu đầu ra để giảm độ sụt điện áp đầu ra và cải thiện hiệu suất chuyển đổi.
Mạch RF
Nó cũng có những ứng dụng quan trọng trong mạch RF. Do điện dung thấp và đặc tính đáp ứng tốc độ cao, nó thường được sử dụng trong bộ trộn và bộ dò RF để cải thiện tốc độ và độ chính xác xử lý tín hiệu.
Sạc pin
Trong bộ sạc pin, nó được sử dụng để ngăn chặn dòng điện ngược. Sau khi bộ sạc tắt nguồn, dòng điện từ pin có thể chảy ngược trở lại bộ sạc. Lúc này, điện áp rơi thấp và đặc tính chỉnh lưu hiệu quả có thể ngăn chặn tình trạng này xảy ra, đồng thời bảo vệ pin và bộ sạc.
Điện tử ô tô
Trong điện tử ô tô, nó được sử dụng để bảo vệ nguồn điện và điều chỉnh điện áp. Hiệu suất và độ tin cậy cao của nó đã khiến nó được sử dụng rộng rãi trong hệ thống khởi động ô tô, hệ thống chiếu sáng và nhiều mạch cảm biến khác.
Nguồn điện chuyển mạch hiệu quả
Một công ty nào đó đã phát triển một nguồn điện chuyển mạch hiệu quả sử dụng diode Schottky làm bộ chỉnh lưu đầu ra. Trong quá trình thử nghiệm, các kỹ sư phát hiện ra rằng so với diode silicon truyền thống, diode Schottky làm giảm đáng kể độ sụt điện áp đầu ra của nguồn điện và cải thiện hiệu suất tổng thể. Bằng cách sử dụng diode Schottky, hiệu suất của nguồn điện chuyển mạch đã được cải thiện hơn 5%, đồng thời giảm tỏa nhiệt và tăng cường độ tin cậy của hệ thống.
Tối ưu hóa hệ thống quang điện
Một nhà tích hợp hệ thống quang điện đã áp dụng diode Schottky trong hệ thống tấm pin mặt trời thế hệ mới của mình để ngăn chặn dòng điện ngược. Dữ liệu thực nghiệm cho thấy tổn thất năng lượng của hệ thống đã giảm khoảng 10%. Trong điều kiện ban đêm hoặc thiếu sáng, năng lượng điện của tấm pin mặt trời được giữ lại hiệu quả hơn, cải thiện hiệu suất và tính kinh tế của toàn bộ hệ thống quang điện.
Hệ thống quản lý pin
Trong hệ thống quản lý pin (BMS) cho xe điện, các nhà phát triển sử dụng diode Schottky để ngăn chặn việc sạc ngược pin. Kết quả thử nghiệm cho thấy đặc tính giảm điện áp thấp làm giảm hiệu quả tổn thất năng lượng của pin, trong khi đặc tính chuyển mạch tốc độ cao của nó cải thiện tốc độ phản ứng của BMS, đảm bảo tính an toàn và độ tin cậy của hệ thống pin.

Chọn lựa phù hợp

Việc chọn đúng diode Schottky phụ thuộc vào cách thức hoạt động của mạch điện và những gì nó cần.Mục tiêu là làm cho xếp hạng và tính năng của diode phù hợp với điện áp, dòng điện và tần số của ứng dụng của bạn.Dưới đây là những điều chính cần kiểm tra:

Giảm điện áp chuyển tiếp (V_F) - Chọn diode có điện áp chuyển tiếp thấp (khoảng 0,2–0,4 V) để giảm tổn thất điện năng và nâng cao hiệu suất, đặc biệt trong các mạch điện áp thấp.

Đánh giá điện áp ngược (V_R) - Đảm bảo điện áp ngược của diode cao hơn điện áp tối đa trong mạch của bạn.Ví dụ: nếu mạch của bạn đạt 40 V, hãy chọn một diode có định mức 50 V trở lên.

Dòng chuyển tiếp trung bình (I_F) - Diode phải chịu được dòng điện cực đại chạy qua nó.Luôn chọn một diode có định mức dòng điện cao hơn một chút so với yêu cầu của mạch điện.

Dòng rò ngược (I_R) - Trong hệ thống điện năng thấp hoặc pin, chọn diode có dòng rò thấp để tránh tổn thất năng lượng khi phân cực ngược.

Tần số hoạt động - Đối với các mạch tốc độ cao (như RF, bộ chuyển đổi chuyển mạch hoặc hệ thống logic), hãy chọn điốt được thiết kế để hoạt động ở tần số cao.

Loại và kích cỡ gói hàng - Chọn gói phù hợp với thiết kế bo mạch và nhu cầu làm mát của bạn.Loại gắn trên bề mặt (SMD) nhỏ gọn, trong khi các gói xuyên lỗ lớn hơn có thể xử lý nhiều nhiệt hơn.

Phạm vi nhiệt độ - Nếu mạch hoạt động trong môi trường ấm áp, hãy chọn diode có độ ổn định nhiệt tốt và giới hạn nhiệt độ cao hơn.