»Schottkys« ersetzen

Schottky-Dioden arbeiten beispielsweise als Ausgangsgleichrichter in Stromversorgungen. Ersetzt man sie durch Super-Barrier-Dioden, kann der Wirkungsgrad einer Stromversorgung um bis zu 2,5% steigen, während gleichzeitig die Temperatur der Ausgangsstufe um bis zu 15 K niedriger liegt. Außerdem haben diese neuen Bauteile eine höhere Avalanche-Festigkeit.

Schottky-Dioden arbeiten beispielsweise als Ausgangsgleichrichter in Stromversorgungen. Ersetzt man sie durch Super-Barrier-Dioden, kann der Wirkungsgrad einer Stromversorgung um bis zu 2,5% steigen, während gleichzeitig die Temperatur der Ausgangsstufe um bis zu 15 K niedriger liegt. Außerdem haben diese neuen Bauteile eine höhere Avalanche-Festigkeit.

Schottky-Dioden sind in den letzten 25 Jahren intensiv in Stromversorgungen zum Einsatz gekommen, denn sie haben einen geringen Spannungsabfall UF in Vorwärtsrichtung bei akzeptablem Leckstrom sowie bei Schaltgeschwindigkeiten, die im Nanosekundenbereich liegen. Daher bieten sie Vorteile gegenüber konventionellen epitaxialen pn-Dioden. Aus diesen Gründen haben sich »Schottkys« zur dominierenden Technik in den Ausgangsstufen von Stromversorgungen im Spannungsbereich unter 150 V entwickelt. Oberhalb dieser Spannung kann der Spannungsabfall einer Schottky-Diode in Vorwärtsrichtung genau so groß oder sogar größer sein als bei äquivalenten pn-Dioden. In Anwendungen, bei denen eine hohe Durchbruchspannung oder eine hohe Zuverlässigkeit (hohe Betriebstemperaturen oder hohe Ströme) erforderlich sind, dominieren pn-Dioden den Markt für Gleichrichter. Leider weisen epitaxiale pn-Dioden eine höhere Rückwärtserholzeit auf als Schottky-Dioden, was wiederum zu höheren Schaltverlusten innerhalb der Stromversorgung führt. Die neue SBR-Technik (Super Barrier Rectifier) kombiniert die niedrige Vorwärtsspannung der Schottky-Dioden mit der hohen Zuverlässigkeit von epitaxialen pn-Dioden.

Als Beispielanwendung diene im Folgenden die Stromversorgung eines Desktop-Computers, oft als »Silverbox« bezeichnet. Diese wandelt die Netzspannung in eine niedrige Gleichspannung, um Festplatte, Mikroprozessor und PC-Schnittstellen zu versorgen. Das Schaltnetzteil besteht aus einer PFC-Stufe (Power Factor Correction), auf die ein galvanisch getrennter DC/DC-Wandler mit mehreren Ausgängen folgt. Der Trend zu höheren Wirkungsgraden hat zur Folge, dass die Entwickler von Stromversorgungen jetzt die in Bild 1 gezeigte Vorwärtswandler-Topologie mit zwei Schaltern gegenüber der konventionellen Technik mit nur einem Schalter bevorzugen. Der zusätzliche Transistor hilft dabei, die die Spannungsbelastung der Bauteile zu senken, sodass der Gesamtwirkungsgrad des System die »80Plus«-Anforderungen (Wirkungsgrad über 80%) erfüllt, wenn auch die Komplexität steigt und sich die Anzahl der Bauelemente sowie die Kosten erhöhen.

Jede Ausgangsspannung der Stromversorgung wird durch Gleichrichten eines gepulsten Signals erzeugt, das aus der Sekundärwindung des galvanisch getrennten DC/ DC-Wandlers mit Mehrfachausgang stammt. Dafür kamen, wie schon erwähnt, vor allem Schottky-Dioden zum Einsatz. In unserem Beispiel sind an den 5-V- und 3,3-V-Ausgängen die Schottky-Dioden »30CTQ045« und »30CTQ060« von Vishay eingebaut. Gemessen wurden der Wirkungsgrad und die Gehäusetemperatur bei Raumtemperatur sowie bei einer Umgebungstemperatur von +50 °C – und zwar bei einer Belastung von 30% und unter Volllast. Anschließend ersetzte man die Schottky-Dioden durch SBR-Dioden und führte die gleiche Untersuchung erneut durch.