انتخاب زبان

دیتاشیت دیود شاتکی SiC بسته‌بندی TO-252-3L - ابعاد 6.6x9.84x2.3mm - ولتاژ 650V - جریان 4A - سند فنی فارسی

دیتاشیت کامل فنی برای دیود شاتکی 650 ولت و 4 آمپر از جنس کاربید سیلیکون (SiC) در بسته‌بندی TO-252-3L (DPAK). دارای ویژگی‌هایی چون افت ولتاژ مستقیم پایین، سوئیچینگ فوق‌سریع، عدم بازیابی معکوس و قابلیت تحمل جریان لحظه‌ای بالا.
smdled.org | PDF Size: 0.7 MB
امتیاز: 4.5/5
امتیاز شما
شما قبلاً به این سند امتیاز داده اید
جلد سند PDF - دیتاشیت دیود شاتکی SiC بسته‌بندی TO-252-3L - ابعاد 6.6x9.84x2.3mm - ولتاژ 650V - جریان 4A - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

این سند مشخصات یک دیود مانع شاتکی (SBD) با عملکرد بالا از جنس کاربید سیلیکون (SiC) در بسته‌بندی سطح‌نصب TO-252-3L که معمولاً با نام DPAK شناخته می‌شود را به تفصیل شرح می‌دهد. این قطعه برای کاربردهای تبدیل توان با ولتاژ بالا، فرکانس بالا و بازدهی بالا طراحی شده است. مزیت اصلی آن در ویژگی‌های ذاتی ماده SiC نهفته است که در مقایسه با دیودهای مبتنی بر سیلیکون سنتی، عملکرد سوئیچینگ برتر و پایداری حرارتی بیشتری را ممکن می‌سازد.

بازارهای هدف اصلی این قطعه شامل طراحی‌های منبع تغذیه مدرن، سیستم‌های انرژی تجدیدپذیر مانند اینورترهای خورشیدی، مدارهای درایو موتور و زیرساخت‌های تغذیه مراکز داده می‌شود. این قطعه به‌طور خاص برای کاربردهایی مناسب است که نیازمند تلفات سوئیچینگ حداقلی و چگالی توان بالا هستند.

2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

2.1 مقادیر حداکثر مطلق

این قطعه برای ولتاژ معکوس پیک تکراری (VRRM) معادل 650 ولت و ولتاژ مسدودسازی DC متناظر (VR) درجه‌بندی شده است. جریان مستقیم پیوسته حداکثر (IF) آن 4 آمپر است که توسط ملاحظات حرارتی محدود می‌شود. یک پارامتر کلیدی استحکام، جریان لحظه‌ای غیرتکراری (IFSM) معادل 12 آمپر برای یک پالس نیم‌موج سینوسی 10 میلی‌ثانیه‌ای است که نشان‌دهنده توانایی آن در تحمل شرایط اتصال کوتاه یا جریان هجومی است. حداکثر دمای اتصال (TJ) 175 درجه سانتی‌گراد است که حد بالایی عملیاتی را تعریف می‌کند.

2.2 مشخصه‌های الکتریکی

ولتاژ مستقیم (VF) یک پارامتر حیاتی برای تلفات هدایت است. در جریان نامی 4 آمپر و دمای اتصال 25 درجه سانتی‌گراد، مقدار معمول VF برابر 1.4 ولت و حداکثر آن 1.75 ولت است. این مقدار پایین مستقیماً به بازدهی بالاتر سیستم کمک می‌کند. جریان نشتی معکوس (IR) به‌طور استثنایی پایین است و معمولاً در 520 ولت و 25 درجه سانتی‌گراد برابر 1 میکروآمپر است که اتلاف توان در حالت خاموش را به حداقل می‌رساند.

ویژگی تعیین‌کننده دیودهای شاتکی SiC، عدم وجود بار بازیابی معکوس است که در ادعای "جریان بازیابی معکوس صفر" منعکس شده است. در عوض، رفتار سوئیچینگ با بار خازنی مشخص می‌شود. بار خازنی کل (QC) در 400 ولت معادل 6.4 نانوکولن تعیین شده است. این پارامتر، همراه با ظرفیت خازنی کل (Ct) که با افزایش ولتاژ معکوس کاهش می‌یابد (مثلاً 12 پیکوفاراد در 200 ولت، 10 پیکوفاراد در 400 ولت)، برای محاسبه تلفات سوئیچینگ خازنی در مدارهای فرکانس بالا بسیار حیاتی است.

2.3 مشخصه‌های حرارتی

مقاومت حرارتی از اتصال به کیس (RθJC) برابر 5.9 درجه سانتی‌گراد بر وات (معمول) است. این مقدار پایین برای انتقال موثر حرارت از تراشه نیمه‌هادی به PCB یا هیت‌سینک ضروری است. حداکثر اتلاف توان کل (PD) 25 وات است، اما محدودیت‌های عملی توسط مدیریت حرارتی برنامه کاربردی و شرایط محیطی تعیین می‌شوند.

3. تحلیل منحنی‌های عملکرد

دیتاشیت شامل چندین نمودار عملکرد معمول است که برای مهندسان طراحی حیاتی می‌باشند.

3.1 مشخصه‌های VF-IF

این نمودار رابطه بین ولتاژ مستقیم و جریان مستقیم را در دماهای اتصال مختلف نشان می‌دهد. این نمودار نشان می‌دهد که VF دارای ضریب دمایی منفی است و با افزایش دما اندکی کاهش می‌یابد که این یک ویژگی دیودهای شاتکی است.

3.2 مشخصه‌های VR-IR

این منحنی جریان نشتی معکوس را بر حسب ولتاژ معکوس ترسیم می‌کند و معمولاً افزایش نمایی IR را با افزایش همزمان ولتاژ و دما نشان می‌دهد که اهمیت کاهش ولتاژ مجاز در دماهای بالا را برجسته می‌سازد.

3.3 جریان مستقیم حداکثر بر حسب دمای کیس

این منحنی کاهش مجاز برای تعیین حداکثر جریان پیوسته مجاز بر اساس دمای کیس عملیاتی (TC) حیاتی است. این اطمینان حاصل می‌کند که دمای اتصال از حداکثر درجه‌بندی آن تجاوز نکند.

3.4 اتلاف توان بر حسب دمای کیس

مشابه کاهش مجاز جریان، این نمودار نشان می‌دهد که حداکثر اتلاف توان مجاز چگونه با افزایش دمای کیس کاهش می‌یابد.

3.5 امپدانس حرارتی گذرا

این نمودار برای ارزیابی پاسخ حرارتی دیود به پالس‌های توان کوتاه ضروری است. این نمودار مقاومت حرارتی موثر از اتصال به کیس را به عنوان تابعی از عرض پالس نشان می‌دهد و امکان محاسبه دقیق دمای اتصال پیک در طول رویدادهای سوئیچینگ را فراهم می‌کند.

4. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

4.1 طرح‌کلی و ابعاد بسته‌بندی

این قطعه از بسته‌بندی TO-252-3L (DPAK) استفاده می‌کند. ابعاد کلیدی شامل ارتفاع کل بسته (H) معادل 9.84 میلی‌متر (معمول)، طول (E) معادل 6.60 میلی‌متر (معمول) و عرض (D) معادل 6.10 میلی‌متر (معمول) است. فاصله پایه‌ها (e) برابر 2.28 میلی‌متر (پایه) است. نقشه‌های مکانیکی دقیق با مقادیر حداقل، معمول و حداکثر برای تمام ابعاد حیاتی ارائه شده‌اند تا طراحی صحیح جای پایه PCB و فاصله مونتاژ تضمین شود.

4.2 پیکربندی پایه‌ها و قطبیت

پیکربندی پایه‌ها به وضوح تعریف شده است: پایه 1 کاتد، پایه 2 آند و زبانه فلزی (کیس) به کاتد متصل است. شناسایی صحیح قطبیت برای جلوگیری از خرابی قطعه در حین نصب بسیار مهم است.

4.3 طرح پیشنهادی پد PCB

یک طرح پیشنهادی پد سطح‌نصب برای بهینه‌سازی قابلیت اطمینان اتصال لحیم و عملکرد حرارتی گنجانده شده است. پیروی از این طرح به دستیابی به فیله‌های لحیم مناسب و هیت‌سینک موثر از طریق زبانه فلزی در معرض دید کمک می‌کند.

5. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

اگرچه پروفایل‌های دقیق ریفلو در متن ارائه شده جزئیات داده نشده است، اما باید از دستورالعمل‌های استاندارد IPC/JEDEC برای مونتاژ سطح‌نصب قطعات بدون سرب پیروی شود. این قطعه به عنوان بدون سرب و بدون هالوژن مشخص شده و با دستورالعمل‌های RoHS مطابقت دارد. در حین جابجایی باید دقت لازم به عمل آید تا از اعمال تنش مکانیکی بر روی پایه‌ها جلوگیری شود. انبارش باید در محیطی خشک و کنترل‌شده انجام شود تا از جذب رطوبت که می‌تواند منجر به "پاپ کورن شدن" در حین لحیم‌کاری ریفلو شود، جلوگیری گردد.

6. توصیه‌های کاربردی

6.1 مدارهای کاربردی متداول

این دیود به‌طور ایده‌آل برای استفاده به عنوان دیود بوست در مراحل اصلاح ضریب توان (PFC)، دیود فرایویلینگ در مدارهای پل و یکسوکننده خروجی در مبدل‌های AC/DC یا DC/DC فرکانس بالا مناسب است. قابلیت سوئیچینگ سریع آن را برای مدارهایی که در محدوده ده‌ها تا صدها کیلوهرتز کار می‌کنند، عالی می‌سازد.

6.2 ملاحظات طراحی

7. مقایسه فنی و مزایا

در مقایسه با دیودهای بازیابی سریع (FRD) پی‌ان سیلیکونی یا حتی دیودهای شاتکی سیلیکونی، این دیود شاتکی SiC مزایای متمایزی ارائه می‌دهد:

8. پرسش‌های متداول (FAQs)

س: عبارت "جریان بازیابی معکوس صفر" در عمل به چه معناست؟

ج: به این معنی است که هنگامی که دیود از حالت هدایت به حالت مسدودسازی سوئیچ می‌کند، هیچ بار حامل اقلیت ذخیره‌شده‌ای وجود ندارد که نیاز به حذف (بازیابی) داشته باشد. جریان تقریباً بلافاصله متوقف می‌شود و اسپایک جریان بازیابی معکوس و تلفات توان مرتبط با آن که در دیودهای پی‌ان استاندارد دیده می‌شود را حذف می‌کند.

س: چگونه تلفات سوئیچینگ این دیود را محاسبه کنم؟

ج: برای این قطعه با سوئیچینگ خازنی، تلفات دینامیک غالب، انرژی مورد نیاز برای شارژ ظرفیت خازنی اتصال آن در هر سیکل است. تلفات در هر سیکل را می‌توان تقریباً برابر با 0.5 * C(VR) * VR^2 در نظر گرفت، که در آن C(VR) ظرفیت وابسته به ولتاژ است. برای به دست آوردن تلفات توان در فرکانس سوئیچینگ (f) ضرب کنید: P_sw ≈ 0.5 * C(VR) * VR^2 * f. پارامتر QC روش دیگری برای تخمین تلفات ارائه می‌دهد.

س: آیا می‌توانم از این دیود برای جایگزینی مستقیم یک دیود فوق‌سریع سیلیکونی استفاده کنم؟

ج: از نظر الکتریکی، در بسیاری موارد بله، و احتمالاً بازدهی را بهبود می‌بخشد. با این حال، باید تأیید کنید که چیدمان و طراحی حرارتی کافی است، زیرا رفتار سوئیچینگ (خازنی در مقابل بازیابی) متفاوت است و ممکن است بر رینگینگ ولتاژ تأثیر بگذارد. همچنین، اطمینان حاصل کنید که درایو گیت برای هر ترانزیستور سوئیچینگ مرتبط، به اندازه کافی قوی است تا بتواند دینامیک سوئیچینگ بالقوه متفاوت را مدیریت کند.

س: چرا درجه‌بندی جریان لحظه‌ای مهم است؟

ج: این درجه‌بندی نشان‌دهنده توانایی دیود در تحمل شرایط خطای غیرمنتظره، مانند جریان هجومی اولیه هنگام شارژ یک خازن بزرگ در زمان روشن شدن یا یک رویداد اتصال کوتاه موقت است. این یک لایه استحکام به طراحی اضافه می‌کند.

9. مطالعه موردی طراحی و کاربرد

سناریو: طراحی یک مرحله PFC توتِم‌پُل 1 کیلووات.

در یک مدار PFC توتِم‌پُل بدون پل مدرن که در 100 کیلوهرتز کار می‌کند، دیود بوست سیلیکونی سنتی یک منبع اصلی تلفات است. جایگزینی آن با این دیود شاتکی SiC 650 ولتی مزایای قابل توجهی به همراه خواهد داشت. بازیابی معکوس صفر، تلفات روشن شدن در MOSFET مکمل را که هنگام جابجایی جریان بازیابی دیود رخ می‌دهد، حذف می‌کند. این امر امکان عملیات در فرکانس بالاتر را فراهم کرده و اندازه اجزای مغناطیسی (سلف) را کاهش می‌دهد. ولتاژ مستقیم پایین، تلفات هدایت را کاهش می‌دهد. طراح باید تلفات خاموش شدن خازنی دیود SiC را در ولتاژ باس DC 400 ولت و فرکانس 100 کیلوهرتز به دقت مدل‌سازی کند تا از قابل قبول بودن آن اطمینان حاصل کند و PCB را با یک ناحیه مسی بزرگ و ضخیم متصل به زبانه دیود طراحی کند تا حدود 3-4 وات تلفات هدایت تخمین زده شده را مدیریت کند.

10. اصل عملکرد

یک دیود شاتکی از طریق یک اتصال فلز-نیمه‌هادی تشکیل می‌شود، نه یک اتصال نیمه‌هادی پی‌ان. این اتصال فلز-SiC یک مانع شاتکی ایجاد می‌کند که فقط امکان هدایت حامل‌های اکثریت (الکترون‌ها در بستر SiC نوع N) را فراهم می‌سازد. هنگامی که بایاس مستقیم اعمال می‌شود، الکترون‌ها انرژی کافی برای عبور از مانع را دارند و جریان را ممکن می‌سازند. هنگامی که بایاس معکوس اعمال می‌شود، مانع گسترده می‌شود و جریان را مسدود می‌کند. عدم تزریق و ذخیره حامل‌های اقلیت، دلیل بنیادی سوئیچینگ فوق‌سریع و عدم بازیابی معکوس است. گاف انرژی وسیع کاربید سیلیکون، استحکام میدان الکتریکی بحرانی بالایی را برای این ماده فراهم می‌کند که امکان لایه‌های دریفت نازک‌تر و در نتیجه مقاومت روشن و ظرفیت خازنی کمتر را برای یک درجه‌بندی ولتاژ مشخص در مقایسه با سیلیکون فراهم می‌سازد.

11. روندهای فناوری

قطعات قدرت کاربید سیلیکون یک فناوری کلیدی توانمندساز برای تکامل به سمت الکترونیک قدرت کارآمدتر و فشرده‌تر هستند. روندها شامل افزایش درجه‌بندی ولتاژ (به سمت 1.2 کیلوولت و 1.7 کیلوولت برای درایوهای خودرویی و صنعتی)، چگالی جریان بالاتر در بسته‌بندی‌های کوچک‌تر و ادغام دیودهای شاتکی SiC با MOSFETهای SiC در ماژول‌های بسته‌بندی مشترک می‌شود. با افزایش حجم تولید و کاهش هزینه‌ها، SiC در حال حرکت از کاربردهای خاص به سمت منابع تغذیه اصلی مصرفی، صنعتی و خودرویی است که توسط تقاضای جهانی برای بهره‌وری انرژی و الکتریکی شدن هدایت می‌شود. توسعه بر بهبود کیفیت ویفر، کاهش چگالی عیوب و بهینه‌سازی ساختار قطعه برای کاهش بیشتر مقاومت روشن و ظرفیت خازنی ویژه متمرکز است.

اصطلاحات مشخصات LED

توضیح کامل اصطلاحات فنی LED

عملکرد نوربرقی

اصطلاح واحد/نمایش توضیح ساده چرا مهم است
بازده نوری لومن/وات خروجی نور در هر وات برق، بالاتر به معنای صرفه‌جویی بیشتر انرژی است. مستقیماً درجه بازده انرژی و هزینه برق را تعیین می‌کند.
شار نوری لومن کل نور ساطع شده از منبع، معمولاً "روشنی" نامیده می‌شود. تعیین می‌کند که نور به اندازه کافی روشن است یا نه.
زاویه دید درجه، مثل 120 درجه زاویه‌ای که شدت نور به نصف کاهش می‌یابد، عرض پرتو را تعیین می‌کند. بر محدوده روشنایی و یکنواختی تأثیر می‌گذارد.
دمای رنگ کلوین، مثل 2700K/6500K گرمی/سردی نور، مقادیر پایین زرد/گرم، مقادیر بالا سفید/سرد. جو روشنایی و سناریوهای مناسب را تعیین می‌کند.
شاخص نمود رنگ بدون واحد، 100-0 توانایی ارائه دقیق رنگ‌های جسم، Ra≥80 خوب است. بر اصالت رنگ تأثیر می‌گذارد، در مکان‌های پرتقاضا مانند مراکز خرید، موزه‌ها استفاده می‌شود.
تلرانس رنگ مراحل بیضی مک‌آدام، مثل "5 مرحله" متریک سازگاری رنگ، مراحل کوچکتر به معنای رنگ سازگارتر است. رنگ یکنواخت را در سراسر همان دسته LEDها تضمین می‌کند.
طول موج غالب نانومتر، مثل 620 نانومتر (قرمز) طول موج متناظر با رنگ LEDهای رنگی. فام قرمز، زرد، سبز LEDهای تک‌رنگ را تعیین می‌کند.
توزیع طیفی منحنی طول موج در مقابل شدت توزیع شدت در طول موج‌ها را نشان می‌دهد. بر نمود رنگ و کیفیت رنگ تأثیر می‌گذارد.

پارامترهای الکتریکی

اصطلاح نماد توضیح ساده ملاحظات طراحی
ولتاژ مستقیم Vf حداقل ولتاژ برای روشن کردن LED، مانند "آستانه شروع". ولتاژ درایور باید ≥Vf باشد، ولتاژها برای LEDهای سری جمع می‌شوند.
جریان مستقیم If مقدار جریان برای عملکرد عادی LED. معمولاً درایو جریان ثابت، جریان روشنایی و طول عمر را تعیین می‌کند.
حداکثر جریان پالس Ifp جریان اوج قابل تحمل برای دوره‌های کوتاه، برای تاریکی یا فلاش استفاده می‌شود. عرض پالس و چرخه وظیفه باید به شدت کنترل شود تا از آسیب جلوگیری شود.
ولتاژ معکوس Vr حداکثر ولتاژ معکوسی که LED می‌تواند تحمل کند، فراتر از آن ممکن است باعث شکست شود. مدار باید از اتصال معکوس یا جهش ولتاژ جلوگیری کند.
مقاومت حرارتی Rth (°C/W) مقاومت در برابر انتقال حرارت از تراشه به لحیم، پایین‌تر بهتر است. مقاومت حرارتی بالا نیاز به اتلاف حرارت قوی‌تر دارد.
مقاومت ESD V (HBM)، مثل 1000V توانایی مقاومت در برابر تخلیه الکترواستاتیک، بالاتر به معنای کمتر آسیب‌پذیر است. اقدامات ضد استاتیک در تولید لازم است، به ویژه برای LEDهای حساس.

مدیریت حرارتی و قابلیت اطمینان

اصطلاح متریک کلیدی توضیح ساده تأثیر
دمای اتصال Tj (°C) دمای عملیاتی واقعی داخل تراشه LED. هر کاهش 10°C ممکن است طول عمر را دو برابر کند؛ خیلی زیاد باعث افت نور، تغییر رنگ می‌شود.
افت لومن L70 / L80 (ساعت) زمانی که روشنایی به 70% یا 80% مقدار اولیه کاهش یابد. مستقیماً "عمر خدمت" LED را تعریف می‌کند.
نگهداری لومن % (مثل 70%) درصد روشنایی باقی‌مانده پس از زمان. نشان‌دهنده حفظ روشنایی در طول استفاده بلندمدت است.
تغییر رنگ Δu′v′ یا بیضی مک‌آدام درجه تغییر رنگ در حین استفاده. بر یکنواختی رنگ در صحنه‌های روشنایی تأثیر می‌گذارد.
پیری حرارتی تخریب ماده تخریب ناشی از دمای بالا در بلندمدت. ممکن است باعث افت روشنایی، تغییر رنگ یا خرابی مدار باز شود.

بسته بندی و مواد

اصطلاح انواع رایج توضیح ساده ویژگی‌ها و کاربردها
نوع بسته‌بندی EMC، PPA، سرامیک ماده محفظه محافظ تراشه، ارائه رابط نوری/حرارتی. EMC: مقاومت حرارتی خوب، هزینه کم؛ سرامیک: اتلاف حرارت بهتر، عمر طولانی‌تر.
ساختار تراشه جلو، تراشه معکوس چینش الکترود تراشه. تراشه معکوس: اتلاف حرارت بهتر، کارایی بالاتر، برای توان بالا.
پوشش فسفر YAG، سیلیکات، نیترید تراشه آبی را می‌پوشاند، مقداری را به زرد/قرمز تبدیل می‌کند، به سفید مخلوط می‌کند. فسفرهای مختلف بر کارایی، CCT و CRI تأثیر می‌گذارند.
عدسی/اپتیک مسطح، میکروعدسی، TIR ساختار نوری روی سطح که توزیع نور را کنترل می‌کند. زاویه دید و منحنی توزیع نور را تعیین می‌کند.

کنترل کیفیت و دسته بندی

اصطلاح محتوای دسته‌بندی توضیح ساده هدف
دسته لومن کد مثل 2G، 2H گروه‌بندی بر اساس روشنایی، هر گروه مقادیر حداقل/حداکثر لومن دارد. روشنایی یکنواخت را در همان دسته تضمین می‌کند.
دسته ولتاژ کد مثل 6W، 6X گروه‌بندی بر اساس محدوده ولتاژ مستقیم. تسهیل تطبیق درایور، بهبود بازده سیستم.
دسته رنگ بیضی مک‌آدام 5 مرحله‌ای گروه‌بندی بر اساس مختصات رنگ، اطمینان از محدوده باریک. یکنواختی رنگ را تضمین می‌کند، از رنگ ناهموار در داخل وسایل جلوگیری می‌کند.
دسته CCT 2700K، 3000K و غیره گروه‌بندی بر اساس CCT، هر کدام محدوده مختصات مربوطه را دارد. الزامات CCT صحنه مختلف را برآورده می‌کند.

آزمون و گواهینامه

اصطلاح استاندارد/آزمون توضیح ساده اهمیت
LM-80 آزمون نگهداری لومن روشنایی بلندمدت در دمای ثابت، ثبت افت روشنایی. برای تخمین عمر LED استفاده می‌شود (با TM-21).
TM-21 استاندارد تخمین عمر عمر را تحت شرایط واقعی بر اساس داده‌های LM-80 تخمین می‌زند. پیش‌بینی علمی عمر ارائه می‌دهد.
IESNA انجمن مهندسی روشنایی روش‌های آزمون نوری، الکتریکی، حرارتی را پوشش می‌دهد. پایه آزمون شناخته شده صنعت.
RoHS / REACH گواهی محیط زیست اطمینان از عدم وجود مواد مضر (سرب، جیوه). شرط دسترسی به بازار در سطح بین‌المللی.
ENERGY STAR / DLC گواهی بازده انرژی گواهی بازده انرژی و عملکرد برای محصولات روشنایی. در خریدهای دولتی، برنامه‌های یارانه استفاده می‌شود، رقابت‌پذیری را افزایش می‌دهد.