Fiche technique de diode Schottky SiC 650V en boîtier TO-252-3L - Dimensions 6.6x9.84x2.3mm - Tension 650V - Courant 10A - Documentation technique française

1. Vue d'ensemble du produit

Ce document fournit les spécifications techniques complètes d'une diode à barrière Schottky (SBD) haute performance en carbure de silicium (SiC). Le composant est conçu pour les applications de commutation haute tension et haute fréquence où l'efficacité et la gestion thermique sont critiques. Il est logé dans un boîtier surface montable TO-252-3L (DPAK), offrant une interface thermique et électrique robuste pour les conceptions de circuits de puissance.

L'avantage fondamental de cette diode Schottky SiC réside dans ses propriétés matérielles. Contrairement aux diodes à jonction PN en silicium traditionnelles, une diode Schottky possède une jonction métal-semi-conducteur, ce qui procure intrinsèquement une chute de tension directe (V_F) plus faible et, surtout, une charge de recouvrement inverse (Q_c) quasi nulle. Cette combinaison réduit significativement les pertes en conduction et en commutation, permettant une efficacité système et une densité de puissance plus élevées.

Les marchés cibles de ce composant sont les systèmes de conversion de puissance avancés. Ses principaux bénéfices, à savoir une haute efficacité et une commutation rapide, le rendent idéal pour les alimentations modernes, compactes et à haute fiabilité.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

2.1 Caractéristiques électriques

Les paramètres électriques définissent les limites opérationnelles et les performances de la diode dans diverses conditions.

• Tension inverse de crête répétitive (V_RRM) :650V. C'est la tension inverse maximale que la diode peut supporter de manière répétée. Elle définit la tension nominale pour des applications comme les étages de correction du facteur de puissance (PFC) fonctionnant sur secteur universel (85-265VAC).
• Courant direct continu (I_F) :10A. C'est le courant direct moyen maximal que le dispositif peut conduire en continu, limité par ses caractéristiques thermiques. La fiche technique spécifie cette valeur à une température de boîtier (T_C) de 25°C.
• Tension directe (V_F) :1,48V (Typ.) à I_F=10A, T_J=25°C. Cette faible V_Fest un avantage clé de la technologie Schottky SiC, réduisant directement les pertes en conduction (P_perte= V_F* I_F). Notez que V_Fa un coefficient de température positif, augmentant à environ 1,9V à une température de jonction de 175°C.
• Courant inverse (I_R) :2µA (Typ.) à V_R=520V, T_J=25°C. Ce faible courant de fuite contribue à une haute efficacité en état de blocage.
• Charge capacitive totale (Q_c) :15nC (Typ.) à V_R=400V. C'est sans doute le paramètre le plus critique pour les performances de commutation. Q_creprésente la charge qui doit être fournie/déplacée pour changer la tension aux bornes de la capacité de jonction de la diode. Un Q_cfaible se traduit par des pertes de commutation minimales et permet un fonctionnement à des fréquences très élevées.
• Énergie stockée capacitive (E_C) :2,2µJ (Typ.) à V_R=400V. Ce paramètre, dérivé de la capacité de jonction, indique l'énergie stockée dans le champ électrique de la diode lorsqu'elle est polarisée en inverse. Il doit être pris en compte dans les conceptions de circuits résonants.

2.2 Valeurs maximales et caractéristiques thermiques

These parameters define the absolute limits for safe operation and the device's ability to manage heat.

• Courant direct de surtension non répétitif (I_FSM) :16A pour une demi-onde sinusoïdale de 10ms. Cette valeur indique la capacité de la diode à supporter des surcharges de courte durée, comme les courants d'appel.
• Température de jonction (T_J) :Maximum 175°C. Faire fonctionner le dispositif au-dessus de cette température peut causer des dommages permanents.
• Résistance thermique, jonction-boîtier (R_θJC) :3,2°C/W (Typ.). Cette faible résistance thermique est cruciale pour un transfert de chaleur efficace de la puce de silicium vers le boîtier, puis vers le dissipateur thermique ou le PCB. La dissipation de puissance totale (P_D) est indiquée à 44W, mais elle est principalement limitée par le T_Jmaximum et la capacité du système à évacuer la chaleur (R_θCA).

3. Analyse des courbes de performance

La fiche technique inclut plusieurs courbes caractéristiques essentielles pour les ingénieurs de conception.

• V_F-I_F Caractéristiques :Ce graphique montre la relation entre la tension directe et le courant direct à différentes températures de jonction. Il est utilisé pour calculer les pertes en conduction précises dans les conditions de fonctionnement réelles, et pas seulement au point typique de 25°C.
• V_R-I_R Caractéristiques :Illustre le courant de fuite inverse en fonction de la tension inverse et de la température. Ceci est critique pour estimer les pertes en veille et assurer une performance de blocage stable à haute température.
• V_R-C_t Caractéristiques :Montre comment la capacité totale de la diode (C_t) diminue avec l'augmentation de la tension inverse (V_R). Cette capacité non linéaire impacte le comportement en commutation haute fréquence et la conception des circuits résonants.
• I_F maximum vs. Température de boîtier (T_C) :Une courbe de déclassement qui définit comment le courant direct continu maximal autorisé diminue lorsque la température du boîtier augmente. C'est fondamental pour la conception thermique.
• Dissipation de puissance vs. Température de boîtier :Similaire au déclassement en courant, cette courbe montre la quantité de puissance que le dispositif peut dissiper en fonction de la température de son boîtier.
• I_FSM vs. Largeur d'impulsion (P_W) :Fournit la capacité en courant de surtension pour des durées d'impulsion autres que les 10ms standard, permettant d'évaluer la tolérance aux conditions de défaut.
• E_C-V_R Caractéristiques :Représente graphiquement l'énergie capacitive stockée en fonction de la tension inverse, utile pour les calculs de pertes dans les topologies à commutation douce.
• Résistance thermique transitoire (Z_θJC) vs. Largeur d'impulsion :Cette courbe est vitale pour évaluer la performance thermique pendant les impulsions de commutation courtes. La résistance thermique effective pour une seule impulsion courte est inférieure à la R_θJC.

en régime permanent.

4. Informations mécaniques et sur le boîtier

4.1 Dimensions du boîtier

• Le dispositif utilise le boîtier surface montable standard TO-252-3L (DPAK). Les dimensions clés du dessin de contour incluent :
• Longueur totale (H) : 9,84 mm (Typ.)
• Largeur totale (E) : 6,60 mm (Typ.)
• Hauteur totale (A) : 2,30 mm (Typ.)
• Pas des broches (e1) : 2,28 mm (Base)

Dimensions de la patte (D1 x E1) : 5,23 mm x 4,83 mm (Typ.)

La grande patte métallique sert de chemin thermique principal (connectée à la cathode) et doit être correctement soudée sur une pastille de cuivre correspondante sur le PCB pour un dissipateur thermique efficace.

4.2 Configuration des broches et polarité

• Le brochage est clairement défini :Broche 1 :
• Cathode (K)Broche 2 :
• Anode (A)Boîtier (Patte) :

Cathode (K)Important :

Le boîtier (la grande patte métallique) est électriquement connecté à la cathode. Ceci doit être pris en compte lors de la conception du PCB pour éviter les courts-circuits. La patte doit être isolée des autres réseaux, sauf si elle est intentionnellement connectée au nœud cathode.

4.3 Empattement PCB recommandé

Un empreinte suggérée pour le montage en surface est fournie. Cette disposition est optimisée pour la fiabilité des soudures et les performances thermiques. Elle inclut typiquement une grande pastille centrale pour la patte avec des vias thermiques vers les couches de cuivre internes ou un dissipateur côté inférieur, plus deux pastilles plus petites pour les broches anode et cathode.

5. Guide de soudure et d'assemblage

• Bien que les profils de refusion spécifiques ne soient pas détaillés dans cet extrait, les directives générales pour les boîtiers CMS de puissance s'appliquent.Soudure par refusion :
• Les profils de refusion standard sans plomb (Pb-Free) sont adaptés. La grande masse thermique de la patte peut nécessiter de légers ajustements de profil (par exemple, un temps de préchauffage plus long ou une température de pic plus élevée) pour assurer une refusion complète de la soudure sous la patte.Vias thermiques :
• Pour des performances thermiques optimales, la pastille PCB pour la patte doit incorporer plusieurs vias thermiques remplis de soudure pendant la refusion. Ces vias conduisent la chaleur vers les plans de masse internes ou une zone de cuivre côté inférieur.Couple de serrage :
• Si une vis supplémentaire est utilisée pour fixer le boîtier à un dissipateur thermique (à travers le trou dans la patte), le couple maximum est spécifié à 8,8 N·cm (ou 8 lbf-in) pour une vis M3 ou 6-32. Le dépasser peut endommager le boîtier.Conditions de stockage :

Le dispositif doit être stocké dans un environnement sec et antistatique dans la plage de température de -55°C à +175°C.

6. Suggestions d'application

6.1 Circuits d'application typiques

• Cette diode est spécifiquement conçue pour les applications suivantes :Correction du facteur de puissance (PFC) dans les alimentations à découpage (SMPS) :_RRMUtilisée comme diode de boost dans les circuits PFC en mode conduction continue (CCM) ou mode de transition (TM). Sa haute V_c gère la tension boostée, tandis que son faible Q
• minimise les pertes de commutation aux fréquences PFC élevées (souvent 65-100 kHz+), améliorant l'efficacité globale.Onduleurs solaires :
• Employée dans l'étage de boost des micro-onduleurs photovoltaïques (PV) ou des onduleurs string. Une haute efficacité est primordiale pour maximiser la récolte d'énergie.Alimentations sans interruption (ASI/UPS) :
• Utilisée dans les étages redresseur/chargeur et onduleur pour améliorer l'efficacité et réduire la taille.Entraînements de moteurs :
• Peut être utilisée en position de diode de roue libre ou de clamp dans les ponts onduleurs entraînant des moteurs, bénéficiant de la commutation rapide.Alimentations pour centres de données :

Les alimentations de serveurs et les redresseurs télécom exigent une très haute efficacité (par exemple, 80 Plus Titanium). Les caractéristiques de cette diode aident à répondre à ces exigences strictes.

• 6.2 Considérations de conceptionConception thermique :_{La faible R}θJC
• n'est efficace que si la chaleur est évacuée du boîtier. Une surface de cuivre PCB adéquate, des vias thermiques et éventuellement un dissipateur thermique externe sont requis. Utilisez les courbes de déclassement pour déterminer les courants de fonctionnement sûrs à votre température de boîtier maximale estimée.Calcul des pertes de commutation :_{Pour les applications en commutation dure, les pertes de commutation sont principalement capacitives. La perte par cycle peut être approximée à 0,5 * C}oss²(V) * V_{* f}sw_c. Les paramètres Q_C et E
• fournissent des méthodes plus précises pour l'estimation des pertes.Fonctionnement en parallèle :_FLa fiche technique indique que le dispositif est adapté au fonctionnement en parallèle sans emballement thermique. Ceci est dû au coefficient de température positif de V_F ; si une diode chauffe, sa V
• augmente, provoquant un déplacement du courant vers les dispositifs parallèles plus froids, favorisant un partage naturel du courant.Circuits d'amortissement (snubber) :_{En raison de la commutation très rapide et du faible Q}rr

, les diodes Schottky SiC peuvent parfois causer un dépassement de tension plus élevé (ringing) dû à l'inductance parasite. Une conception soignée pour minimiser l'inductance parasite et l'utilisation potentielle d'un circuit d'amortissement RC peuvent être nécessaires.

7. Comparaison technique et avantages

• Comparée aux diodes à recouvrement rapide en silicium traditionnelles (FRD) ou même aux diodes de corps des MOSFET en carbure de silicium, cette diode Schottky SiC offre des avantages distincts :vs. Diode PN en silicium :_{La différence la plus significative est l'absence de charge de recouvrement inverse (Q}rr_{). Une diode en silicium a un grand Q}rr_c, causant des pertes de commutation significatives et des pointes de courant de recouvrement inverse. Le Q
• de la Schottky SiC est purement capacitif, conduisant à "essentiellement aucune perte de commutation" comme indiqué dans les avantages.vs. Diode Schottky en silicium :_FLes diodes Schottky en silicium ont une faible V
• et une commutation rapide mais sont limitées à de faibles tensions nominales (typiquement <200V). La technologie SiC permet des performances Schottky à des tensions beaucoup plus élevées (650V et au-delà).Efficacité système plus élevée :_FLa combinaison d'une faible V
• et de pertes de commutation négligeables augmente directement l'efficacité de l'alimentation sur toute la plage de charge.Exigences de refroidissement réduites :
• Des pertes plus faibles signifient moins de chaleur générée. Cela peut permettre des dissipateurs thermiques plus petits ou même un refroidissement passif, réduisant le coût, la taille et le poids du système.Fonctionnement à fréquence plus élevée :

Permet aux conceptions d'alimentation de fonctionner à des fréquences de commutation plus élevées. Cela permet l'utilisation de composants magnétiques plus petits (inductances, transformateurs), augmentant encore la densité de puissance.

8. Questions fréquemment posées (basées sur les paramètres techniques)_FQ : La V

est de 1,48V, ce qui semble plus élevé que certaines diodes en silicium. Est-ce un désavantage ?_FR : Bien que certaines diodes en silicium puissent avoir une V_F plus faible à faible courant, leur V _{augmente significativement à haute température et courant. Plus important encore, les pertes de commutation d'une diode en silicium (dues à Q}rr

) sont typiquement des ordres de grandeur plus élevées que les pertes de commutation capacitives de cette Schottky SiC. La perte totale (conduction + commutation) du dispositif SiC est presque toujours plus faible dans les applications haute fréquence.

Q : Puis-je utiliser cette diode directement comme remplacement d'une diode en silicium dans mon circuit existant ?

R : Pas sans une revue attentive. Bien que le brochage puisse être compatible, le comportement en commutation est radicalement différent. L'absence de courant de recouvrement inverse peut conduire à un dépassement de tension plus élevé dû aux parasites du circuit. La commande de grille du transistor de commutation associé peut nécessiter un ajustement, et les circuits d'amortissement pourraient nécessiter un réglage. La performance thermique sera également différente.

Q : Quelle est la principale cause de défaillance pour cette diode ?_{R : Les modes de défaillance les plus courants pour les diodes de puissance sont la surcontrainte thermique (dépassement de T}Jmax_RRM) et la surcontrainte en tension (dépassement de V

due aux transitoires). Une conception thermique robuste, un déclassement de tension approprié et une protection contre les pointes de tension (par exemple, avec des diodes TVS ou des amortisseurs RC) sont essentiels pour la fiabilité.

9. Étude de cas pratique de conceptionScénario :

Conception d'une alimentation de serveur 500W, efficacité 80 Plus Platinum avec un étage PFC CCM en entrée.Choix de conception :

Sélection de la diode de boost.Analyse :_{Une diode ultrarapide en silicium 600V traditionnelle pourrait avoir un Q}rr_c de 50-100 nC. À une fréquence de commutation PFC de 100 kHz et une tension de bus de 400V, la perte de commutation serait substantielle. En utilisant cette diode Schottky SiC avec un Q

de 15 nC, la perte de commutation capacitive est réduite d'environ 70-85%. Cette économie de perte améliore directement l'efficacité à pleine charge de 0,5-1,0%, aidant à atteindre le standard Platinum. De plus, la réduction de la génération de chaleur permet un dissipateur thermique plus petit sur l'étage PFC, économisant espace et coût dans le produit final.

10. Introduction au principe de fonctionnement_c performance.

Une diode Schottky est formée par une jonction métal-semi-conducteur, contrairement à une diode à jonction PN standard qui utilise un semi-conducteur-semi-conducteur. Lorsqu'un métal approprié (par exemple, Nickel) est déposé sur une plaquette de carbure de silicium (SiC) de type N, une barrière Schottky est créée. Sous polarisation directe, les électrons du semi-conducteur gagnent assez d'énergie pour franchir cette barrière vers le métal, permettant le passage du courant avec une chute de tension relativement faible. Sous polarisation inverse, la barrière s'élargit, bloquant le courant. La distinction clé est qu'il s'agit d'un dispositif à porteurs majoritaires ; il n'y a pas d'injection et de stockage ultérieur de porteurs minoritaires (des trous dans ce cas) dans la région de dérive. Par conséquent, lorsque la tension est inversée, il n'y a pas de charge stockée à éliminer (recouvrement inverse), seulement la charge/décharge de la capacité de jonction. Cette physique fondamentale est ce qui permet la commutation rapide et le faible Q

11. Tendances technologiques_{Les dispositifs de puissance en carbure de silicium (SiC) représentent une tendance significative en électronique de puissance, dépassant les limites matérielles du silicium traditionnel. La largeur de bande interdite plus grande du SiC (3,26 eV pour le 4H-SiC contre 1,12 eV pour le Si) procure des avantages inhérents : un champ électrique de claquage plus élevé (permettant des couches de dérive plus fines et à plus faible résistance pour une tension donnée), une conductivité thermique plus élevée (meilleure dissipation de chaleur) et la capacité de fonctionner à des températures plus élevées. Pour les diodes, la structure Schottky sur SiC permet la combinaison d'une tension nominale élevée avec une commutation rapide, une combinaison inaccessible avec le silicium. Le développement en cours se concentre sur la réduction de la résistance spécifique à l'état passant (R}DS(on)_F) pour les MOSFET SiC et la réduction supplémentaire de V