MDD肖特基二极管的雪崩耐量及其工程意义

在功率器件的参数表中,我们常看到 MOSFET 的 Avalanche Energy (EAS) 或 Avalanche Current (IAR) 指标,用于描述器件在雪崩条件下的承受能力。然而,在 MDD肖特基二极管 的规格书中,“雪崩耐量”并不总是显式列出,甚至很多工程师会忽略这一特性。实际上,在高压、大电流、感性负载场景下,SBD 也可能面临雪崩冲击,如果忽视这一点,轻则效率下降,重则器件击穿失效。

一、雪崩现象的原理
雪崩击穿是半导体器件在反向偏置超过击穿电压时,载流子在强电场作用下加速并碰撞产生新的电子-空穴对,形成连锁反应,反向电流急剧上升。
在SBD中:由于其 PN 结被金属-半导体结取代,理论上击穿电压由漂移区厚度决定。
实际应用中:当电路中存在感性负载(如电机线圈、变压器)且开关器件快速关断时,SBD 承受的反向电压会瞬间超过额定值,进入雪崩状态。

二、雪崩耐量的重要性
保护系统可靠性
在 DC/DC 转换器、同步整流、汽车电子和光伏逆变等场景中,寄生电感和突变电流不可避免,偶发的雪崩事件可能导致器件局部过热、势垒层损伤甚至封装热失效。
抑制随机失效
如果器件雪崩耐量不足,即使平均功耗符合设计要求,也可能因偶发高能量冲击导致提前失效,尤其在车规与工业系统中风险更高。
提升耐瞬态能力
高雪崩耐量意味着器件能承受更高的浪涌电流与电压尖峰,对系统 ESD、雷击浪涌、Load Dump 等抗扰性有帮助。

三、肖特基二极管雪崩耐量的测试与参数
常见的测试方式参考 IEC 60747 与 JEDEC 标准:
单脉冲雪崩能量 (EAS):在一定电感、初始电流条件下,将器件击穿到反向雪崩,计算吸收的能量。
重复雪崩耐量 (EAR):在多次雪崩冲击下的累计能量耐受能力。
浪涌电流 (IFSM):间接反映器件承受高冲击电流的能力,但不等同于雪崩耐量。
对于 Si SBD,一般低压器件(45V100V)的雪崩耐量有限,高压器件(150V300V)会有更厚的漂移区,耐量稍好;而 SiC SBD 因禁带宽度大、击穿场强高,其雪崩耐量普遍优于硅器件,可在 650V~1200V 场景中稳定工作。

四、FAE的设计与选型建议
留足电压裕量
额定反向电压(VRRM)与实际工作峰值电压至少保持 20% 以上裕量,避免频繁进入雪崩区。
查看雪崩参数
优先选用 datasheet 中明确标注 EAS / IAR 的器件。如果没有标注,可向厂商申请雪崩测试数据,避免“盲用”。
优化电路布局
减少寄生电感(PCB走线短直、回路面积小),在关键位置并联 TVS 管或 RC Snubber 吸收尖峰。
SiC 优先于 Si
在高压(>600V)、高温(>150℃)、感性负载多的场景(如车载 OBC、光伏 Boost)中,SiC SBD 几乎是雪崩耐量与效率的双保险。

五、案例分享
在一个 3kW 工业电源 项目中,客户使用 200V Si SBD 做同步整流,负载端接感性负载,关断时反向电压尖峰高达 260V。由于器件雪崩耐量不足,三个月内出现批量失效。FAE 介入后:
改用 250V SiC SBD(EAS 提升至 30mJ)。
PCB 走线优化,降低寄生电感约 40%。
并联 RC 吸收网络。
改进后系统运行 6 个月无再现失效,效率从 94.8% 提升至 95.4%。


雪崩耐量虽然不是每个工程师在选型时都会优先关注的参数,但它直接决定了系统在极端情况下的生存能力。对于 FAE 来说,在高功率、高压、高感性负载的应用场景中,应主动评估并验证 SBD 的雪崩性能,结合电路优化与器件升级,确保系统长期稳定运行。尤其是在新能源、汽车电子等领域,高雪崩耐量已成为优质二极管的重要标签。