TO-220-2L SiC Schottky डायोड डेटाशीट - 650V 10A - पैकेज 15.6x9.99x4.5mm - हिन्दी तकनीकी दस्तावेज़

1. उत्पाद अवलोकन

यह दस्तावेज़ TO-220-2L पैकेज में रखे गए एक उच्च-प्रदर्शन सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) Schottky बैरियर डायोड (SBD) के विनिर्देशों का विवरण देता है। यह उपकरण उच्च-वोल्टेज, उच्च-आवृत्ति पावर रूपांतरण अनुप्रयोगों के लिए इंजीनियर किया गया है जहाँ दक्षता, थर्मल प्रबंधन और स्विचिंग गति महत्वपूर्ण हैं। SiC प्रौद्योगिकी अपने श्रेष्ठ पदार्थ गुणों के कारण पारंपरिक सिलिकॉन डायोड पर महत्वपूर्ण लाभ प्रदान करती है।

इस डायोड का मुख्य कार्य धारा को एक दिशा में (एनोड से कैथोड की ओर) न्यूनतम अग्र वोल्टेज ड्रॉप के साथ प्रवाहित होने देना और बहुत कम लीकेज करंट के साथ उच्च रिवर्स वोल्टेज को रोकना है। इसकी मुख्य विशेषता लगभग शून्य रिवर्स रिकवरी चार्ज है, जो सिलिकॉन PN जंक्शन डायोड की एक मौलिक सीमा है। यह विशेषता इसे उन्नत स्विचिंग आवृत्तियों पर कार्य करने वाले सर्किट के लिए आदर्श बनाती है।

1.1 मुख्य लाभ और लक्षित बाजार

इस SiC Schottky डायोड के प्राथमिक लाभ इसके पदार्थ और संरचनात्मक गुणों से उत्पन्न होते हैं। कम अग्र वोल्टेज (VF) चालन हानियों को कम करता है, जो सीधे सिस्टम दक्षता में सुधार करता है। महत्वपूर्ण अल्पसंख्यक वाहक भंडारण की अनुपस्थिति रिवर्स रिकवरी हानियों को समाप्त करती है, जिससे उच्च-गति स्विचिंग संभव होती है बिना संबद्ध स्विचिंग हानियों और विद्युतचुंबकीय हस्तक्षेप (EMI) के जो सिलिकॉन फास्ट रिकवरी डायोड में आम हैं। यह उच्च कार्यशील आवृत्तियों को सक्षम करके छोटे, हल्के और अधिक कुशल पावर सिस्टम के डिजाइन की अनुमति देता है, जो बदले में इंडक्टर्स और ट्रांसफार्मर जैसे निष्क्रिय घटकों के आकार को कम करता है।

उच्च सर्ज करंट क्षमता और 175°C का अधिकतम जंक्शन तापमान सिस्टम की मजबूती और विश्वसनीयता को बढ़ाता है। यह उपकरण पर्यावरणीय मानकों (Pb-Free, Halogen Free, RoHS) का भी अनुपालन करता है। ये विशेषताएँ इसे आधुनिक पावर इलेक्ट्रॉनिक्स में मांग वाले अनुप्रयोगों के लिए विशेष रूप से उपयुक्त बनाती हैं। लक्षित बाजारों में औद्योगिक पावर सप्लाई, नवीकरणीय ऊर्जा प्रणालियाँ और महत्वपूर्ण बुनियादी ढाँचे की पावर प्रबंधन शामिल हैं।

2. गहन तकनीकी पैरामीटर विश्लेषण

विश्वसनीय सर्किट डिजाइन और यह सुनिश्चित करने के लिए कि उपकरण अपने सुरक्षित कार्य क्षेत्र (SOA) के भीतर कार्य करे, विद्युत और थर्मल पैरामीटर की गहन समझ आवश्यक है।

2.1 पूर्ण अधिकतम रेटिंग

ये रेटिंग उन तनाव सीमाओं को परिभाषित करती हैं जिनके अधिक होने पर उपकरण को स्थायी क्षति हो सकती है। ये सामान्य कार्यशील परिस्थितियों के लिए नहीं हैं।

• आवर्ती शिखर रिवर्स वोल्टेज (VRRM):650V. यह अधिकतम रिवर्स वोल्टेज है जो बार-बार लगाया जा सकता है।
• निरंतर अग्र धारा (IF):10A. यह अधिकतम DC धारा है जिसे उपकरण लगातार संभाल सकता है, जो थर्मल प्रतिरोध और अधिकतम जंक्शन तापमान द्वारा सीमित है।
• सर्ज गैर-आवर्ती अग्र धारा (IFSM):30A (TC=25°C, tp=10ms, sine half-wave). यह रेटिंग डायोड की अल्पकालिक अधिभार धाराओं को सहन करने की क्षमता को दर्शाती है, जैसे कि स्टार्टअप या फॉल्ट स्थितियों के दौरान।
• जंक्शन तापमान (TJ):अधिकतम 175°C. इस सीमा पर या इसके निकट उपकरण को चलाने से इसकी दीर्घकालिक विश्वसनीयता कम हो जाएगी।
• कुल शक्ति क्षय (PD):88W (TC=25°C). यह मान थर्मल प्रतिरोध और अधिकतम स्वीकार्य तापमान वृद्धि से प्राप्त होता है।

2.2 विद्युत विशेषताएँ

ये निर्दिष्ट परीक्षण स्थितियों के तहत विशिष्ट और अधिकतम/न्यूनतम प्रदर्शन पैरामीटर हैं।

• अग्र वोल्टेज (VF):1.48V विशिष्ट, 1.85V अधिकतम IF=10A, TJ=25°C पर। यह पैरामीटर तापमान के साथ बढ़ता है, TJ=175°C पर लगभग 1.9V तक पहुँचता है। कम VF चालन हानियों को कम करने के लिए एक प्रमुख लाभ है।
• रिवर्स धारा (IR):2µA विशिष्ट, 60µA अधिकतम VR=520V, TJ=25°C पर। लीकेज करंट तापमान के साथ काफी बढ़ जाता है (175°C पर 20µA विशिष्ट), जिसे थर्मल डिजाइन में ध्यान में रखा जाना चाहिए।
• कुल कैपेसिटिव चार्ज (QC):15nC विशिष्ट VR=400V, TJ=25°C पर। यह उच्च-आवृत्ति अनुप्रयोगों में स्विचिंग हानि गणना के लिए एक महत्वपूर्ण पैरामीटर है। कम QC मान इस Schottky उपकरण से जुड़ी न्यूनतम स्विचिंग हानियों की पुष्टि करता है।
• कुल धारिता (Ct):यह वोल्टेज-निर्भर है। विशिष्ट मान VR=1V पर 256pF, VR=200V पर 29pF और VR=400V पर 23pF (f=1MHz) हैं। बढ़ते रिवर्स वोल्टेज के साथ घटती धारिता जंक्शन धारिता की विशेषता है।

2.3 थर्मल विशेषताएँ

प्रदर्शन और विश्वसनीयता बनाए रखने के लिए प्रभावी ऊष्मा अपव्यय महत्वपूर्ण है।

• थर्मल प्रतिरोध, जंक्शन-टू-केस (RθJC):1.7°C/W विशिष्ट। यह कम मान TO-220 पैकेज के मेटल टैब (केस) से सेमीकंडक्टर जंक्शन तक कुशल ऊष्मा स्थानांतरण को दर्शाता है। इस विशेषता का पूरी तरह से उपयोग करने के लिए केस को हीटसिंक से ठीक से जोड़ा जाना चाहिए। अधिकतम मान निर्दिष्ट नहीं है, इसलिए डिजाइनरों को उचित डिरेटिंग कारकों के साथ विशिष्ट मान का उपयोग करना चाहिए।

3. प्रदर्शन वक्र विश्लेषण

डेटाशीट उपकरण व्यवहार के कई ग्राफिकल प्रतिनिधित्व प्रदान करती है, जो सारणीबद्ध डेटा बिंदुओं से परे विस्तृत डिजाइन विश्लेषण के लिए आवश्यक हैं।

3.1 VF-IF विशेषताएँ

यह वक्र विभिन्न जंक्शन तापमानों पर अग्र वोल्टेज और अग्र धारा के बीच संबंध दर्शाता है। यह VF के सकारात्मक तापमान गुणांक को दृष्टिगत रूप से प्रदर्शित करता है। यह विशेषता तब लाभकारी होती है जब कई डायोड समानांतर में जुड़े होते हैं, क्योंकि यह स्व-संतुलन की एक डिग्री प्रदान करता है और थर्मल रनवे को रोकने में मदद करता है।

3.2 VR-IR विशेषताएँ

यह ग्राफ आमतौर पर कई तापमानों पर रिवर्स लीकेज करंट को रिवर्स वोल्टेज के विरुद्ध प्लॉट करता है। यह वोल्टेज और तापमान दोनों के साथ लीकेज करंट में घातीय वृद्धि को उजागर करता है, जो डिजाइनरों को ऑफ-स्टेट हानियों और उच्च ब्लॉकिंग वोल्टेज के तहत थर्मल स्थिरता के बारे में सूचित करता है।

3.3 अधिकतम Ip – TC विशेषताएँ

यह डिरेटिंग वक्र दर्शाता है कि केस तापमान (TC) बढ़ने पर अधिकतम स्वीकार्य निरंतर अग्र धारा (Ip) कैसे घटती है। यह शक्ति क्षय और थर्मल प्रतिरोध सीमाओं का प्रत्यक्ष अनुप्रयोग है। डिजाइनरों को अपने कार्यशील परिवेश तापमान और आवश्यक धारा के आधार पर उपयुक्त हीटसिंक का चयन करने के लिए इस ग्राफ का उपयोग करना चाहिए।

3.4 क्षणिक थर्मल प्रतिरोध

क्षणिक थर्मल प्रतिरोध बनाम पल्स चौड़ाई (ZθJC) का वक्र स्विचिंग अनुप्रयोगों में लघु धारा स्पंदों के दौरान तापमान वृद्धि का मूल्यांकन करने के लिए महत्वपूर्ण है। यह दर्शाता है कि बहुत छोटे स्पंदों के लिए, प्रभावी थर्मल प्रतिरोध स्थिर-अवस्था मान से कम होता है, जो उपकरण को संक्षिप्त अवधि के लिए उच्च शिखर शक्ति संभालने की अनुमति देता है।

4. यांत्रिक और पैकेज सूचना

यह उपकरण उद्योग-मानक TO-220-2L पैकेज का उपयोग करता है, जिसे हीटसिंक से स्क्रू संलग्नक के साथ थ्रू-होल माउंटिंग के लिए डिजाइन किया गया है।

4.1 पैकेज आयाम और रूपरेखा

विस्तृत यांत्रिक चित्र सभी महत्वपूर्ण आयाम मिलीमीटर में प्रदान करता है। मुख्य पैकेज बॉडी आयाम लगभग 15.6mm (D) x 9.99mm (E) x 4.5mm (A) हैं। लीड पिच (पिन केंद्रों के बीच की दूरी) 5.08mm (e1) है। हीटसिंक के साथ उचित यांत्रिक और थर्मल इंटरफेस सुनिश्चित करने के लिए माउंटिंग होल आयाम और टैब आकार भी निर्दिष्ट हैं।

4.2 पिन विन्यास और ध्रुवता पहचान

उपकरण में दो लीड (2L) हैं। पिन 1 कैथोड (K) है, और पिन 2 एनोड (A) है। महत्वपूर्ण रूप से, TO-220 पैकेज का मेटल टैब या केस विद्युत रूप से कैथोड से जुड़ा हुआ है। असेंबली के दौरान शॉर्ट सर्किट को रोकने के लिए इसे ध्यान में रखा जाना चाहिए, क्योंकि हीटसिंक आमतौर पर ग्राउंड पोटेंशियल पर होता है। यदि हीटसिंक कैथोड पोटेंशियल पर नहीं है तो उचित इन्सुलेशन (जैसे, थर्मल पैड के साथ माइका या सिलिकॉन इन्सुलेटर) की आवश्यकता है।

4.3 अनुशंसित PCB लैंड पैटर्न

लीड्स (फॉर्मिंग के बाद) को सरफेस-माउंट करने के लिए एक सुझाया गया पैड लेआउट प्रदान किया गया है। यह वेव या रीफ्लो सोल्डरिंग प्रक्रियाओं के लिए PCB डिजाइन में सहायता करता है, विश्वसनीय सोल्डर जोड़ और उचित यांत्रिक समर्थन सुनिश्चित करता है।

5. अनुप्रयोग दिशानिर्देश और डिजाइन विचार

5.1 विशिष्ट अनुप्रयोग सर्किट

यह डायोड कई प्रमुख पावर रूपांतरण टोपोलॉजी में विशेष रूप से लाभकारी है:

• पावर फैक्टर करेक्शन (PFC):बूस्ट PFC चरणों में, उच्च लाइन आवृत्तियों पर उच्च दक्षता के लिए डायोड की तेज स्विचिंग और कम रिकवरी हानियाँ महत्वपूर्ण हैं, जो 80 PLUS जैसे कठोर दक्षता मानकों को पूरा करने में मदद करती हैं।
• सौर इन्वर्टर:बूस्ट चरण में या फ्रीव्हीलिंग डायोड के रूप में उपयोग किए जाने पर, वे हानियों को कम करते हैं, जिससे फोटोवोल्टिक पैनलों से समग्र ऊर्जा उत्पादन बढ़ता है।
• अबाधित विद्युत आपूर्ति (UPS) और मोटर ड्राइव:आउटपुट इन्वर्टर चरणों में या क्लैंप/फ्रीव्हीलिंग डायोड के रूप में, वे स्विचिंग हानियों को कम करते हैं, जिससे उच्च स्विचिंग आवृत्तियाँ संभव होती हैं जो छोटे चुंबकीय घटकों और बेहतर आउटपुट तरंग गुणवत्ता की ओर ले जा सकती हैं।
• डेटा सेंटर पावर सप्लाई:परिचालन लागत (बिजली) और शीतलन आवश्यकताओं को कम करने के लिए उच्च दक्षता सर्वोपरि है। यह डायोड सर्वर पावर सप्लाई में उच्च पावर घनत्व और दक्षता प्राप्त करने में सीधे योगदान देता है।

5.2 महत्वपूर्ण डिजाइन विचार

• हीटसिंकिंग:कम RθJC केवल पर्याप्त हीटसिंक के साथ प्रभावी है। स्क्रू (M3 या 6-32) के लिए माउंटिंग टॉर्क 8.8 N·m (लगभग 78 lbf-in) निर्दिष्ट है ताकि पैकेज को क्षति पहुँचाए बिना इष्टतम थर्मल संपर्क सुनिश्चित हो सके।
• समानांतर संचालन:VF का सकारात्मक तापमान गुणांक उच्च धारा क्षमता के लिए समानांतर कनेक्शन को सुविधाजनक बनाता है। हालाँकि, संतुलित धारा साझाकरण सुनिश्चित करने के लिए लेआउट समरूपता (समान लंबाई ट्रेस) और साझा हीटसिंकिंग पर सावधानीपूर्वक ध्यान देने की अभी भी सिफारिश की जाती है।
• वोल्टेज तनाव:इंडक्टिव लोड या परजीवी प्रेरकत्व वाले सर्किट में, टर्न-ऑफ के दौरान VRRM से अधिक वोल्टेज स्पाइक्स हो सकते हैं। इन स्पाइक्स को क्लैंप करने और डायोड की सुरक्षा के लिए स्नबर सर्किट या RC डैम्पर आवश्यक हो सकते हैं।
• ESD और हैंडलिंग:हालाँकि कुछ अर्धचालकों की तुलना में अधिक मजबूत, Schottky डायोड इलेक्ट्रोस्टैटिक डिस्चार्ज के प्रति संवेदनशील हो सकते हैं। हैंडलिंग और असेंबली के दौरान मानक ESD सावधानियों का पालन किया जाना चाहिए।

6. तकनीकी तुलना और रुझान

6.1 सिलिकॉन डायोड के साथ तुलना

समान वोल्टेज और धारा रेटिंग के सिलिकॉन फास्ट रिकवरी डायोड (FRD) की तुलना में, यह SiC Schottky डायोड प्रदान करता है: 1) नाटकीय रूप से कम रिवर्स रिकवरी चार्ज (Qrr) और समय (trr), जो अनिवार्य रूप से रिवर्स रिकवरी हानियों और संबद्ध शोर को समाप्त करता है। 2) एक उच्च अधिकतम कार्यशील जंक्शन तापमान (175°C बनाम सिलिकॉन के लिए आमतौर पर 150°C)। 3) थोड़ा अधिक अग्र वोल्टेज ड्रॉप, लेकिन ~30kHz से ऊपर की आवृत्तियों पर स्विचिंग हानि बचत से यह अक्सर प्रभावित होता है। सिस्टम-स्तरीय लाभों में छोटे हीटसिंक, छोटे चुंबकीय घटक और उच्च समग्र दक्षता शामिल हैं।

6.2 संचालन सिद्धांत और रुझान

एक Schottky डायोड एक धातु-अर्धचालक जंक्शन द्वारा बनता है, PN जंक्शन के विपरीत। यह बहुसंख्यक वाहक उपकरण में कोई अल्पसंख्यक वाहक भंडारण नहीं होता है, जो इसकी तेज स्विचिंग गति का मूल कारण है। अर्धचालक पदार्थ के रूप में सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) सिलिकॉन की तुलना में एक व्यापक बैंडगैप प्रदान करता है, जिसके परिणामस्वरूप उच्च ब्रेकडाउन फील्ड स्ट्रेंथ, उच्च तापीय चालकता और उच्च अधिकतम कार्यशील तापमान होता है। पावर इलेक्ट्रॉनिक्स में रुझान दक्षता, आवृत्ति और पावर घनत्व की सीमाओं को आगे बढ़ाने के लिए SiC और गैलियम नाइट्राइड (GaN) जैसे वाइड-बैंडगैप अर्धचालकों की ओर मजबूती से है। यह डायोड उस रुझान के भीतर एक परिपक्व और व्यापक रूप से अपनाया गया घटक का प्रतिनिधित्व करता है, विशेष रूप से उच्च-वोल्टेज अनुप्रयोगों के लिए जहाँ SiC के लाभ सबसे स्पष्ट हैं।

7. अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न (FAQ)

प्रश्न: क्या इस डायोड का उपयोग मौजूदा डिजाइन में सिलिकॉन फास्ट रिकवरी डायोड के प्रत्यक्ष प्रतिस्थापन के रूप में किया जा सकता है?

उत्तर: मूल्यांकन के बिना सीधे नहीं। हालाँकि पिनआउट संगत हो सकता है, अग्र वोल्टेज, स्विचिंग व्यवहार और कैथोड-अलग हीटसिंक की आवश्यकता (यदि मूल डिजाइन में टैब गैर-कैथोड पोटेंशियल से जुड़ा था) में अंतर की सावधानीपूर्वक समीक्षा की जानी चाहिए। सर्किट सिमुलेशन और परीक्षण की दृढ़ता से सिफारिश की जाती है।

प्रश्न: QC (कुल कैपेसिटिव चार्ज) पैरामीटर का क्या महत्व है?

उत्तर: QC जंक्शन धारिता से जुड़े चार्ज का प्रतिनिधित्व करता है। उच्च-आवृत्ति स्विचिंग के दौरान, इस धारिता को प्रत्येक चक्र में चार्ज और डिस्चार्ज किया जाना चाहिए, जिसके परिणामस्वरूप एक कैपेसिटिव स्विचिंग हानि होती है जो QC * V * f के समानुपाती होती है। इस SiC डायोड का कम QC मान इन हानियों को न्यूनतम करता है, जो बहुत उच्च आवृत्तियों पर महत्वपूर्ण हो जाती हैं।

प्रश्न: VF का सकारात्मक तापमान गुणांक समानांतर विन्यास में थर्मल रनवे को कैसे रोकता है?

उत्तर: यदि समानांतर जोड़ी में एक डायोड अधिक धारा खींचना शुरू कर देता है, तो वह गर्म हो जाता है। सकारात्मक तापमान गुणांक के कारण इसका VF बढ़ जाता है, जो बदले में ठंडे डायोड के सापेक्ष इसके माध्यम से धारा चलाने वाले वोल्टेज अंतर को कम कर देता है। यह प्राकृतिक प्रतिक्रिया तंत्र धारा को वापस ठंडे डायोड की ओर स्थानांतरित करने के लिए प्रोत्साहित करता है, संतुलन को बढ़ावा देता है।

प्रश्न: भंडारण और हैंडलिंग आवश्यकताएँ क्या हैं?

उत्तर: उपकरण को -55°C से +175°C तापमान सीमा और कम आर्द्रता वाले वातावरण में एंटी-स्टैटिक बैग में संग्रहित किया जाना चाहिए। नमी-संवेदनशील घटकों (यदि लागू हो) और ESD-संवेदनशील उपकरणों के हैंडलिंग के लिए मानक IPC/JEDEC दिशानिर्देशों का पालन किया जाना चाहिए।