Hoja de Datos del Diodo Schottky de SiC 650V en Cápsula TO-252-3L - Dimensiones 6.6x9.84x2.3mm - Voltaje 650V - Corriente 10A - Documentación Técnica en Español

1. Descripción General del Producto

Este documento proporciona las especificaciones técnicas completas para un diodo de Barrera Schottky (SBD) de alto rendimiento fabricado en Carburo de Silicio (SiC). El dispositivo está diseñado para aplicaciones de conmutación de alta tensión y alta frecuencia donde la eficiencia y la gestión térmica son críticas. Se presenta en una cápsula de montaje superficial estándar TO-252-3L (DPAK), ofreciendo una interfaz térmica y eléctrica robusta para diseños de circuitos de potencia.

La ventaja principal de este diodo Schottky de SiC radica en las propiedades del material. A diferencia de los diodos de unión PN de silicio tradicionales, un diodo Schottky tiene una unión metal-semiconductor, que proporciona inherentemente una caída de tensión directa (V_F) más baja y, crucialmente, una carga de recuperación inversa (Q_c) prácticamente nula. Esta combinación reduce significativamente tanto las pérdidas por conducción como las de conmutación, permitiendo una mayor eficiencia del sistema y densidad de potencia.

Los mercados objetivo para este componente son los sistemas avanzados de conversión de potencia. Sus principales beneficios de alta eficiencia y conmutación ultrarrápida lo hacen ideal para fuentes de alimentación modernas, compactas y de alta fiabilidad.

2. Análisis en Profundidad de Parámetros Técnicos

2.1 Características Eléctricas

Los parámetros eléctricos definen los límites operativos y el rendimiento del diodo bajo diversas condiciones.

• Tensión Inversa Repetitiva de Pico (V_RRM):650V. Esta es la máxima tensión inversa que el diodo puede soportar de forma repetitiva. Define la tensión nominal para aplicaciones como etapas de Corrección del Factor de Potencia (PFC) que operan desde red eléctrica universal (85-265VAC).
• Corriente Directa Continua (I_F):10A. Esta es la corriente directa promedio máxima que el dispositivo puede conducir de forma continua, limitada por sus características térmicas. La hoja de datos especifica este valor a una temperatura de cápsula (T_C) de 25°C.
• Tensión Directa (V_F):1.48V (Típ.) a I_F=10A, T_J=25°C. Esta baja V_Fes un beneficio clave de la tecnología Schottky de SiC, reduciendo directamente las pérdidas por conducción (P_pérdida= V_F* I_F). Nótese que V_Ftiene un coeficiente de temperatura positivo, aumentando aproximadamente a 1.9V a una temperatura de unión de 175°C.
• Corriente Inversa (I_R):2µA (Típ.) a V_R=520V, T_J=25°C. Esta baja corriente de fuga contribuye a una alta eficiencia en estado de bloqueo.
• Carga Capacitiva Total (Q_c):15nC (Típ.) a V_R=400V. Este es posiblemente el parámetro más crítico para el rendimiento en conmutación. Q_crepresenta la carga que debe suministrarse/desplazarse para cambiar la tensión a través de la capacitancia de unión del diodo. Una Q_cbaja se traduce en pérdidas de conmutación mínimas y permite operar a frecuencias muy altas.
• Energía Almacenada en la Capacitancia (E_C):2.2µJ (Típ.) a V_R=400V. Este parámetro, derivado de la capacitancia de unión, indica la energía almacenada en el campo eléctrico del diodo cuando está polarizado inversamente. Debe considerarse en diseños de circuitos resonantes.

2.2 Límites Máximos y Características Térmicas

Estos parámetros definen los límites absolutos para una operación segura y la capacidad del dispositivo para gestionar el calor.

• Corriente Directa de Sobretensión No Repetitiva (I_FSM):16A para una onda sinusoidal de 10ms. Esta especificación indica la capacidad del diodo para soportar sobrecargas de corta duración, como corrientes de arranque.
• Temperatura de Unión (T_J):Máximo 175°C. Operar el dispositivo por encima de esta temperatura puede causar daños permanentes.
• Resistencia Térmica, Unión-Cápsula (R_θJC):3.2°C/W (Típ.). Esta baja resistencia térmica es crucial para una transferencia de calor efectiva desde el chip de silicio a la cápsula y, posteriormente, al disipador o PCB. La disipación de potencia total (P_D) se indica como 44W, pero esto está principalmente limitado por la T_Jmáxima y la capacidad del sistema para evacuar calor (R_θCA).

3. Análisis de Curvas de Rendimiento

La hoja de datos incluye varias curvas características esenciales para los ingenieros de diseño.

• V_F-I_FCaracterísticas:Este gráfico muestra la relación entre la tensión directa y la corriente directa a diferentes temperaturas de unión. Se utiliza para calcular las pérdidas por conducción precisas bajo condiciones reales de operación, no solo en el punto típico de 25°C.
• V_R-I_RCaracterísticas:Ilustra la corriente de fuga inversa en función de la tensión inversa y la temperatura. Esto es crítico para estimar pérdidas en espera y asegurar un rendimiento de bloqueo estable a altas temperaturas.
• V_R-C_tCaracterísticas:Muestra cómo la capacitancia total del diodo (C_t) disminuye al aumentar la tensión inversa (V_R). Esta capacitancia no lineal afecta el comportamiento en conmutación de alta frecuencia y el diseño de circuitos resonantes.
• I_FMáxima vs. Temperatura de Cápsula (T_C):Una curva de desclasificación que define cómo la corriente directa continua máxima permitida disminuye al aumentar la temperatura de la cápsula. Esto es fundamental para el diseño térmico.
• Disipación de Potencia vs. Temperatura de Cápsula:Similar a la desclasificación de corriente, esta curva muestra cuánta potencia puede disipar el dispositivo en función de su temperatura de cápsula.
• I_FSMvs. Ancho de Pulso (P_W):Proporciona la capacidad de corriente de sobretensión para duraciones de pulso distintas a los 10ms estándar, permitiendo evaluar la tolerancia a condiciones de fallo.
• E_C-V_RCaracterísticas:Grafica la energía capacitiva almacenada frente a la tensión inversa, útil para cálculos de pérdidas en topologías de conmutación suave.
• Resistencia Térmica Transitoria (Z_θJC) vs. Ancho de Pulso:Esta curva es vital para evaluar el rendimiento térmico durante pulsos de conmutación cortos. La resistencia térmica efectiva para un pulso corto único es menor que la R_θJC.

en estado estacionario.

4. Información Mecánica y de Cápsula

4.1 Dimensiones de la Cápsula

• El dispositivo utiliza la cápsula de montaje superficial estándar de la industria TO-252-3L (DPAK). Las dimensiones clave del dibujo de contorno incluyen:
• Longitud Total (H): 9.84 mm (Típ.)
• Ancho Total (E): 6.60 mm (Típ.)
• Altura Total (A): 2.30 mm (Típ.)
• Separación entre Pines (e1): 2.28 mm (Básica)

Dimensiones de la Pestaña (D1 x E1): 5.23 mm x 4.83 mm (Típ.)

La gran pestaña metálica sirve como la principal vía térmica (conectada al cátodo) y debe soldarse correctamente a un pad de cobre correspondiente en el PCB para una disipación de calor efectiva.

4.2 Configuración de Pines y Polaridad

• La asignación de pines está claramente definida:Pin 1:
• Cátodo (K)Pin 2:
• Ánodo (A)Cápsula (Pestaña):

Cátodo (K)Importante:

La cápsula (la gran pestaña metálica) está conectada eléctricamente al cátodo. Esto debe considerarse durante el diseño del PCB para evitar cortocircuitos. La pestaña debe estar aislada de otras redes a menos que se conecte intencionalmente al nodo del cátodo.

4.3 Diseño Recomendado de Pads en PCB

Se proporciona una huella sugerida para el montaje superficial. Este diseño está optimizado para la fiabilidad de la soldadura y el rendimiento térmico. Normalmente incluye un pad central grande para la pestaña con vías térmicas hacia las capas internas de cobre o un disipador en la parte inferior, más dos pads más pequeños para los terminales del ánodo y el cátodo.

5. Guías de Soldadura y Montaje

• Aunque en este extracto no se detallan perfiles de reflujo específicos, se aplican las guías generales para cápsulas SMD de potencia.Soldadura por Reflujo:
• Los perfiles de reflujo estándar sin plomo (Pb-Free) son adecuados. La gran masa térmica de la pestaña puede requerir ajustes ligeros en el perfil (por ejemplo, un tiempo de precalentamiento más largo o una temperatura máxima más alta) para asegurar una reflución completa de la soldadura bajo la pestaña.Vías Térmicas:
• Para un rendimiento térmico óptimo, el pad del PCB para la pestaña debe incorporar múltiples vías térmicas rellenas de soldadura durante el reflujo. Estas vías conducen el calor hacia planos de tierra internos o una zona de cobre en la parte inferior.Par de Apriete:
• Si se utiliza un tornillo adicional para fijar la cápsula a un disipador (a través del agujero en la pestaña), el par máximo especificado es de 8.8 N·cm (o 8 lbf-in) para un tornillo M3 o 6-32. Exceder este valor puede dañar la cápsula.Condiciones de Almacenamiento:

El dispositivo debe almacenarse en un entorno seco y antiestático dentro del rango de temperatura de -55°C a +175°C.

6. Sugerencias de Aplicación

6.1 Circuitos de Aplicación Típicos

• Este diodo está específicamente diseñado para las siguientes aplicaciones:Corrección del Factor de Potencia (PFC) en Fuentes de Alimentación Conmutadas (SMPS):_RRMSe utiliza como diodo elevador en circuitos PFC de modo de conducción continua (CCM) o modo de transición (TM). Su alta V_csoporta la tensión elevada, mientras que su baja Q
• minimiza las pérdidas de conmutación a altas frecuencias de PFC (a menudo 65-100 kHz+), mejorando la eficiencia general.Inversores Solares:
• Empleado en la etapa elevadora de microinversores fotovoltaicos (PV) o inversores de cadena. La alta eficiencia es primordial para maximizar la cosecha de energía.Sistemas de Alimentación Ininterrumpida (SAI/UPS):
• Utilizado en las etapas de rectificador/cargador e inversor para mejorar la eficiencia y reducir el tamaño.Accionamientos de Motores:
• Puede usarse en posiciones de diodo de libre circulación o de sujeción en puentes inversores que accionan motores, beneficiándose de la conmutación ultrarrápida.Fuentes de Alimentación para Centros de Datos:

Las fuentes de alimentación para servidores y rectificadores de telecomunicaciones exigen una eficiencia muy alta (por ejemplo, 80 Plus Titanium). Las características de este diodo ayudan a cumplir estos requisitos estrictos.

• 6.2 Consideraciones de DiseñoDiseño Térmico:_{La baja R}θJC
• solo es efectiva si se extrae calor de la cápsula. Se requiere un área de cobre en el PCB adecuada, vías térmicas y posiblemente un disipador externo. Utilice las curvas de desclasificación para determinar las corrientes de operación seguras en su temperatura máxima estimada de cápsula.Cálculo de Pérdidas por Conmutación:_{Para aplicaciones de conmutación dura, las pérdidas de conmutación son principalmente capacitivas. La pérdida por ciclo puede aproximarse como 0.5 * C}oss²(V) * V_{* f}sw_c. Los parámetros Q_Cy E
• proporcionan métodos más precisos para la estimación de pérdidas.Operación en Paralelo:_FLa hoja de datos indica que el dispositivo es adecuado para operación en paralelo sin fuga térmica. Esto se debe al coeficiente de temperatura positivo de V_F; si un diodo se calienta, su V
• aumenta, haciendo que la corriente se desvíe hacia los dispositivos en paralelo más fríos, promoviendo un reparto natural de corriente.Circuitos Snubber (Amortiguadores):_{Debido a la conmutación extremadamente rápida y la baja Q}rr

, los diodos Schottky de SiC a veces pueden causar un mayor sobrepico de tensión (ringing) debido a la inductancia parásita. Un diseño cuidadoso para minimizar la inductancia dispersa y el posible uso de un snubber RC pueden ser necesarios.

7. Comparativa Técnica y Ventajas

• Comparado con los diodos de recuperación rápida de silicio (FRD) tradicionales o incluso con los diodos corporales de los MOSFET de SiC, este diodo Schottky de SiC ofrece ventajas distintivas:vs. Diodo PN de Silicio:_{La diferencia más significativa es la ausencia de carga de recuperación inversa (Q}rr_{). Un diodo de silicio tiene una Q}rr_cgrande, causando pérdidas de conmutación significativas y picos de corriente de recuperación inversa. La Q
• del Schottky de SiC es puramente capacitiva, lo que conduce a "prácticamente ninguna pérdida de conmutación" como se indica en los beneficios.vs. Diodo Schottky de Silicio:_FLos diodos Schottky de silicio tienen una V
• baja y conmutación rápida, pero están limitados a bajas tensiones nominales (típicamente <200V). La tecnología de SiC permite el rendimiento Schottky a tensiones mucho más altas (650V y superiores).Mayor Eficiencia del Sistema:_FLa combinación de una V
• baja y pérdidas de conmutación despreciables aumenta directamente la eficiencia de la fuente de alimentación en todo el rango de carga.Requisitos de Refrigeración Reducidos:
• Menores pérdidas significan menos calor generado. Esto puede permitir disipadores más pequeños o incluso refrigeración pasiva, reduciendo el coste, tamaño y peso del sistema.Operación a Mayor Frecuencia:

Permite que los diseños de fuentes de alimentación operen a frecuencias de conmutación más altas. Esto permite el uso de componentes magnéticos más pequeños (inductores, transformadores), aumentando aún más la densidad de potencia.

8. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)_FP: La V

es de 1.48V, lo que parece más alta que algunos diodos de silicio. ¿Es esto una desventaja?_FR: Aunque algunos diodos de silicio pueden tener una V_Fmás baja a corrientes bajas, su V_{aumenta significativamente a alta temperatura y corriente. Más importante aún, las pérdidas de conmutación de un diodo de silicio (debido a Q}rr

) son típicamente órdenes de magnitud mayores que las pérdidas de conmutación capacitivas de este Schottky de SiC. La pérdida total (conducción + conmutación) del dispositivo de SiC es casi siempre menor en aplicaciones de alta frecuencia.

P: ¿Puedo usar este diodo directamente como reemplazo de un diodo de silicio en mi circuito existente?

R: No sin una revisión cuidadosa. Aunque la asignación de pines puede ser compatible, el comportamiento de conmutación es drásticamente diferente. La falta de corriente de recuperación inversa puede provocar un mayor sobrepico de tensión debido a los parásitos del circuito. La excitación de puerta para el transistor de conmutación asociado puede necesitar ajustes, y los circuitos snubber podrían requerir re-sintonización. El rendimiento térmico también será diferente.

P: ¿Cuál es la principal causa de fallo para este diodo?_{R: Los modos de fallo más comunes para los diodos de potencia son el sobreesfuerzo térmico (exceder T}Jmax_RRM) y el sobreesfuerzo de tensión (exceder V

debido a transitorios). Un diseño térmico robusto, una desclasificación de tensión adecuada y protección contra picos de tensión (por ejemplo, con diodos TVS o snubbers RC) son esenciales para la fiabilidad.

9. Caso Práctico de DiseñoEscenario:

Diseñar una fuente de alimentación para servidor de 500W con eficiencia 80 Plus Platinum y una etapa frontal PFC en CCM.Decisión de Diseño:

Seleccionar el diodo elevador.Análisis:_{Un diodo ultrafast de silicio de 600V tradicional podría tener una Q}rr_cde 50-100 nC. A una frecuencia de conmutación PFC de 100 kHz y una tensión de bus de 400V, la pérdida de conmutación sería sustancial. Al usar este diodo Schottky de SiC con una Q

de 15 nC, la pérdida de conmutación capacitiva se reduce aproximadamente en un 70-85%. Este ahorro de pérdidas mejora directamente la eficiencia a plena carga entre un 0.5-1.0%, ayudando a cumplir el estándar Platinum. Además, la reducción de la generación de calor permite un disipador más pequeño en la etapa PFC, ahorrando espacio y coste en el producto final.

10. Introducción al Principio de Funcionamiento_c performance.

Un diodo Schottky se forma mediante una unión metal-semiconductor, a diferencia de un diodo de unión PN estándar que utiliza semiconductor-semiconductor. Cuando un metal adecuado (por ejemplo, Níquel) se deposita sobre una oblea de Carburo de Silicio (SiC) tipo N, se crea una barrera Schottky. Bajo polarización directa, los electrones del semiconductor ganan suficiente energía para cruzar esta barrera hacia el metal, permitiendo el flujo de corriente con una caída de tensión relativamente baja. Bajo polarización inversa, la barrera se ensancha, bloqueando la corriente. La distinción clave es que este es un dispositivo de portadores mayoritarios; no hay inyección y posterior almacenamiento de portadores minoritarios (huevos en este caso) en la región de deriva. Por lo tanto, cuando la tensión se invierte, no hay carga almacenada que necesite ser eliminada (recuperación inversa), solo la carga/descarga de la capacitancia de unión. Esta física fundamental es lo que permite la conmutación ultrarrápida y la baja Q

11. Tendencias Tecnológicas_{Los dispositivos de potencia de Carburo de Silicio (SiC) representan una tendencia significativa en la electrónica de potencia, superando los límites materiales del silicio tradicional. El mayor ancho de banda prohibida del SiC (3.26 eV para 4H-SiC vs. 1.12 eV para Si) proporciona ventajas inherentes: mayor campo eléctrico de ruptura (permitiendo capas de deriva más delgadas y de menor resistencia para una tensión dada), mayor conductividad térmica (mejor disipación de calor) y capacidad de operar a temperaturas más altas. Para los diodos, la estructura Schottky sobre SiC permite la combinación de alta tensión nominal con conmutación rápida, una combinación inalcanzable con el silicio. El desarrollo en curso se centra en reducir la resistencia específica en conducción (R}DS(on)_F) para los MOSFET de SiC y reducir aún más la V