TO-220-2L 650V SiC Schottky Diode EL-SAF02065JA डेटाशीट - पैकेज 15.6x9.99x4.5mm - वोल्टेज 650V - करंट 20A - हिन्दी तकनीकी दस्तावेज़

1. उत्पाद अवलोकन

EL-SAF02065JA एक उच्च-प्रदर्शन सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) शॉटकी बैरियर डायोड (SBD) है, जिसे मांगल पावर इलेक्ट्रॉनिक्स अनुप्रयोगों के लिए डिज़ाइन किया गया है। एक मानक TO-220-2L पैकेज में संलग्न, यह उपकरण SiC की श्रेष्ठ सामग्री गुणों का लाभ उठाता है ताकि पारंपरिक सिलिकॉन-आधारित डायोड्स पर विशेष रूप से उच्च-आवृत्ति और उच्च-दक्षता पावर रूपांतरण प्रणालियों में महत्वपूर्ण लाभ प्रदान कर सके।

इसका मुख्य कार्य न्यूनतम स्विचिंग हानियों और रिवर्स रिकवरी चार्ज के साथ एकदिशीय धारा प्रवाह प्रदान करना है। इस घटक के लिए प्राथमिक बाज़ार में आधुनिक स्विच-मोड पावर सप्लाई (SMPS), नवीकरणीय ऊर्जा इन्वर्टर, मोटर ड्राइव और अनइंटरप्टिबल पावर सप्लाई (UPS) शामिल हैं, जहाँ सिस्टम दक्षता, पावर घनत्व और तापीय प्रबंधन महत्वपूर्ण डिज़ाइन पैरामीटर हैं।

2. गहन तकनीकी पैरामीटर विश्लेषण

2.1 विद्युत विशेषताएँ

विद्युत पैरामीटर विशिष्ट परिस्थितियों में डायोड की संचालन सीमाओं और प्रदर्शन को परिभाषित करते हैं।

• पुनरावृत्ति चोटी रिवर्स वोल्टेज (VRRM):650V। यह अधिकतम तात्कालिक रिवर्स वोल्टेज है जिसे डायोड बार-बार सहन कर सकता है। यह पावर फैक्टर करेक्शन (PFC) सर्किट जैसे अनुप्रयोगों में उपकरण के वोल्टेज रेटिंग को परिभाषित करता है।
• निरंतर फॉरवर्ड करंट (IF):20A। यह अधिकतम औसत फॉरवर्ड करंट है जिसे डायोड लगातार संचालित कर सकता है, जो जंक्शन-से-केस तापीय प्रतिरोध और अधिकतम जंक्शन तापमान द्वारा सीमित है।
• फॉरवर्ड वोल्टेज (VF):आमतौर पर IF=20A और Tj=25°C पर 1.5V, अधिकतम 1.85V। यह पैरामीटर सीधे चालन हानियों को प्रभावित करता है। डेटाशीट अधिकतम जंक्शन तापमान (Tj=175°C) पर VF भी निर्दिष्ट करती है, जो तापीय डिज़ाइन के लिए महत्वपूर्ण है, जो 1.9V का एक विशिष्ट मान दर्शाती है।
• रिवर्स करंट (IR):लीकेज का एक प्रमुख संकेतक। VR=520V पर, IR आमतौर पर 25°C पर 4µA होता है और 175°C पर बढ़कर 40µA हो जाता है। यह कम लीकेज उच्च दक्षता में योगदान देता है, विशेष रूप से स्टैंडबाई मोड में।
• कुल कैपेसिटिव चार्ज (QC):स्विचिंग लॉस गणना के लिए एक महत्वपूर्ण पैरामीटर। VR=400V और Tj=25°C पर, QC आमतौर पर 30nC होता है। यह कम मान SiC शॉटकी डायोड्स की एक पहचान है और उच्च रिवर्स रिकवरी चार्ज (Qrr) वाले सिलिकॉन PN जंक्शन डायोड्स की तुलना में उनकी "अनिवार्य रूप से कोई स्विचिंग हानि नहीं" विशेषता के लिए जिम्मेदार है।
• सर्ज नॉन-रिपीटिटिव फॉरवर्ड करंट (IFSM):Tc=25°C पर 10ms हाफ-साइन वेव पल्स के लिए 51A। यह रेटिंग डायोड की शॉर्ट-सर्किट या इनरश करंट घटनाओं को संभालने की क्षमता को दर्शाती है।

2.2 तापीय विशेषताएँ

विश्वसनीय संचालन और रेटेड प्रदर्शन प्राप्त करने के लिए प्रभावी तापीय प्रबंधन आवश्यक है।

• अधिकतम जंक्शन तापमान (TJ):175°C। यह अधिकतम पूर्ण तापमान है जिस तक सेमीकंडक्टर जंक्शन पहुँच सकता है।
• तापीय प्रतिरोध, जंक्शन-से-केस (RθJC):2.0 °C/W (विशिष्ट)। यह कम तापीय प्रतिरोध सिलिकॉन कार्बाइड डाई से पैकेज केस और फिर हीटसिंक तक कुशलतापूर्वक ऊष्मा स्थानांतरण के लिए महत्वपूर्ण है। पावर डिसिपेशन (PD) को Tc=25°C पर 75W सूचीबद्ध किया गया है, लेकिन वास्तविक अनुप्रयोगों में यह मुख्य रूप से अधिकतम TJ और RθJC द्वारा सीमित है।
• माउंटिंग टॉर्क (Md):एक M3 या 6-32 स्क्रू के लिए 8.8 Nm निर्दिष्ट किया गया है। उचित टॉर्क पैकेज टैब और हीटसिंक के बीच इष्टतम तापीय संपर्क सुनिश्चित करता है।

3. प्रदर्शन वक्र विश्लेषण

डेटाशीट सर्किट डिज़ाइन और सिमुलेशन के लिए आवश्यक कई विशेषता वक्र प्रदान करती है।

3.1 VF-IF विशेषताएँ

यह ग्राफ फॉरवर्ड वोल्टेज ड्रॉप को फॉरवर्ड करंट के विरुद्ध प्लॉट करता है, आमतौर पर कई जंक्शन तापमानों (जैसे, 25°C, 125°C, 175°C) पर। यह VF के सकारात्मक तापमान गुणांक को दर्शाता है, जो कई डायोड्स को समानांतर में जोड़े जाने पर करंट शेयरिंग में सहायता करता है, थर्मल रनअव को रोकता है - यह एक महत्वपूर्ण लाभ है जिसे विशेषताओं में उजागर किया गया है।

3.2 VR-IR विशेषताएँ

यह वक्र विभिन्न तापमानों पर फिर से लागू रिवर्स वोल्टेज के एक फ़ंक्शन के रूप में रिवर्स लीकेज करंट को दर्शाता है। यह डिज़ाइनरों को विभिन्न संचालन स्थितियों के तहत लीकेज पावर लॉस को समझने में मदद करता है।

3.3 VR-Ct विशेषताएँ

यह ग्राफ जंक्शन कैपेसिटेंस (Ct) बनाम रिवर्स वोल्टेज (VR) दर्शाता है। कैपेसिटेंस बढ़ते रिवर्स बायस के साथ घटती है (जैसे, 1V पर ~513 pF से 400V पर ~46 pF तक)। यह परिवर्तनीय कैपेसिटेंस उच्च-आवृत्ति स्विचिंग व्यवहार और रेज़ोनेंट सर्किट डिज़ाइन को प्रभावित करती है।

3.4 केस तापमान बनाम अधिकतम फॉरवर्ड करंट

यह डीरेटिंग वक्र दर्शाता है कि केस तापमान (Tc) बढ़ने पर अधिकतम अनुमत निरंतर फॉरवर्ड करंट (IF) कैसे घटता है। यह डायोड को उसके सुरक्षित संचालन क्षेत्र (SOA) के भीतर संचालित करने के लिए उपयुक्त हीटसिंक का चयन करने के लिए मौलिक है।

3.5 क्षणिक तापीय प्रतिबाधा

क्षणिक तापीय प्रतिरोध (ZθJC) बनाम पल्स चौड़ाई का वक्र पल्स्ड करंट स्थितियों के तहत तापीय प्रदर्शन का मूल्यांकन करने के लिए महत्वपूर्ण है, जो स्विचिंग अनुप्रयोगों में आम हैं। यह स्विचिंग घटनाओं के दौरान चोटी जंक्शन तापमान की गणना की अनुमति देता है।

4. यांत्रिक और पैकेज सूचना

4.1 पैकेज आउटलाइन और आयाम

उपकरण उद्योग-मानक TO-220-2L (दो-लीड) पैकेज का उपयोग करता है। डेटाशीट से प्रमुख आयाम शामिल हैं:

• कुल लंबाई (D): 15.6 मिमी (विशिष्ट)
• कुल चौड़ाई (E): 9.99 मिमी (विशिष्ट)
• कुल ऊँचाई (A): 4.5 मिमी (विशिष्ट)
• लीड पिच (e1): 5.08 मिमी (BSC, केंद्रों के बीच बेसिक स्पेसिंग)
• माउंटिंग होल आयाम और लीडफॉर्म के सतह माउंटिंग के लिए अनुशंसित पैड लेआउट भी प्रदान किया गया है, जो तापीय और विद्युत प्रदर्शन के लिए उचित PCB डिज़ाइन सुनिश्चित करता है।

4.2 पिन कॉन्फ़िगरेशन और ध्रुवता

पिनआउट स्पष्ट रूप से परिभाषित है:

• पिन 1:कैथोड (K)
• पिन 2:एनोड (A)
• केस (टैब):विद्युत रूप से कैथोड (K) से जुड़ा हुआ है। यह उचित माउंटिंग के लिए महत्वपूर्ण है, क्योंकि यदि हीटसिंक कैथोड पोटेंशियल पर नहीं है तो टैब को हीटसिंक से अलग किया जाना चाहिए।

5. अनुप्रयोग दिशानिर्देश

5.1 विशिष्ट अनुप्रयोग परिदृश्य

• SMPS में पावर फैक्टर करेक्शन (PFC):डायोड की उच्च-गति स्विचिंग और कम Qc इसे बूस्ट PFC चरणों के लिए आदर्श बनाती है, जिससे उच्च स्विचिंग आवृत्तियाँ, छोटे चुंबकीय घटक और बेहतर दक्षता संभव होती है।
• सौर इन्वर्टर:बूस्ट चरण में या फ्रीव्हीलिंग डायोड्स के रूप में उपयोग किया जाता है, जो समग्र इन्वर्टर दक्षता और विश्वसनीयता को बढ़ाने में योगदान देता है।
• अनइंटरप्टिबल पावर सप्लाई (UPS):इन्वर्टर और कन्वर्टर सेक्शन में दक्षता में सुधार करता है, ऊर्जा हानि और शीतलन आवश्यकताओं को कम करता है।
• मोटर ड्राइव:इन्वर्टर ब्रिज में फ्रीव्हीलिंग या क्लैंपिंग डायोड के रूप में कार्य करता है, जिससे IGBTs या MOSFETs की तेज़ स्विचिंग और वोल्टेज स्पाइक्स कम होते हैं।
• डेटा सेंटर पावर सप्लाई:उच्च दक्षता (जैसे, 80 Plus Titanium) के लिए प्रेरणा SiC डायोड्स को PFC और DC-DC रूपांतरण चरणों दोनों के लिए आकर्षक बनाती है।

5.2 डिज़ाइन विचार

• हीटसिंकिंग:कैथोड-कनेक्टेड टैब के कारण, यदि हीटसिंक कैथोड के समान पोटेंशियल पर नहीं है तो विद्युत इन्सुलेशन (थर्मली कंडक्टिव लेकिन विद्युत रूप से इन्सुलेटिंग पैड का उपयोग करके) अनिवार्य है।
• PCB लेआउट:उच्च-करंट लूप (विशेष रूप से स्विच, डायोड और कैपेसिटर द्वारा बनाया गया लूप) में परजीवी प्रेरकत्व को कम से कम करें ताकि स्विचिंग संक्रमण के दौरान वोल्टेज ओवरशूट कम हो।
• गेट ड्राइव विचार:हालाँकि डायोड का स्वयं कोई गेट नहीं है, लेकिन इसकी तेज़ स्विचिंग सर्किट में उच्च dV/dt और dI/dt प्रेरित कर सकती है, जो संबंधित MOSFETs या IGBTs के ड्राइविंग को प्रभावित कर सकती है। कुछ डिज़ाइनों में उचित स्नबर सर्किट या RC नेटवर्क आवश्यक हो सकते हैं।
• समानांतर संचालन:VF का सकारात्मक तापमान गुणांक समानांतर कॉन्फ़िगरेशन में करंट शेयरिंग को सुविधाजनक बनाता है। हालाँकि, इष्टतम प्रदर्शन के लिए लेआउट समरूपता और मिलान हीटसिंकिंग की अभी भी अनुशंसा की जाती है।

6. तकनीकी तुलना और लाभ

मानक सिलिकॉन अल्ट्रा-फास्ट रिकवरी डायोड्स या यहाँ तक कि सिलिकॉन शॉटकी डायोड्स (जो कम वोल्टेज तक सीमित हैं, आमतौर पर <200V) की तुलना में, EL-SAF02065JA विशिष्ट लाभ प्रदान करता है:

• लगभग शून्य रिवर्स रिकवरी:SiC में मौलिक शॉटकी बैरियर तंत्र PN जंक्शन डायोड्स में मौजूद अल्पसंख्यक वाहक भंडारण समय को समाप्त कर देता है, जिसके परिणामस्वरूप नगण्य रिवर्स रिकवरी चार्ज (Qc बनाम Qrr) होता है। इससे स्विचिंग हानियाँ काफी कम हो जाती हैं।
• उच्च-तापमान संचालन:SiC की चौड़ी बैंडगैप 175°C का अधिकतम जंक्शन तापमान अनुमति देती है, जो अधिकांश सिलिकॉन उपकरणों से अधिक है, जो उच्च परिवेशी तापमान के तहत विश्वसनीयता में सुधार करती है।
• उच्च वोल्टेज रेटिंग:SiC सामग्री अच्छी ऑन-स्टेट विशेषताओं को बनाए रखते हुए उच्च ब्रेकडाउन वोल्टेज (यहाँ 650V) सक्षम करती है, जो सिलिकॉन शॉटकी डायोड्स के साथ प्राप्त करना मुश्किल संयोजन है।
• सिस्टम-स्तरीय लाभ:जैसा कि विशेषताओं में सूचीबद्ध है, ये उच्च आवृत्ति संचालन (छोटे पैसिव्स), बढ़ा हुआ पावर घनत्व, बेहतर सिस्टम दक्षता और शीतलन प्रणाली के आकार और लागत पर संभावित बचत में अनुवादित होते हैं।

7. अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न (FAQs)

प्रश्न: Qc और Qrr के बीच मुख्य अंतर क्या है?

उत्तर: Qc (कैपेसिटिव चार्ज) एक शॉटकी डायोड की जंक्शन कैपेसिटेंस को चार्ज और डिस्चार्ज करने से जुड़ा चार्ज है। Qrr (रिवर्स रिकवरी चार्ज) एक PN जंक्शन डायोड में संग्रहीत अल्पसंख्यक वाहकों को टर्न-ऑफ के दौरान हटाने से जुड़ा चार्ज है। Qr आमतौर पर बहुत छोटा होता है और कम स्विचिंग लॉस का परिणाम देता है।

प्रश्न: केस कैथोड से क्यों जुड़ा हुआ है?

उत्तर: यह कई पावर डायोड्स और ट्रांजिस्टर्स में एक सामान्य डिज़ाइन है। यह आंतरिक पैकेज निर्माण को सरल बनाता है और माउंटिंग टैब के माध्यम से कैथोड कनेक्शन के लिए एक कम-प्रेरकत्व, उच्च-करंट पथ प्रदान करता है।

प्रश्न: क्या इस डायोड का उपयोग बिना हीटसिंक के उसकी पूर्ण 20A रेटिंग पर किया जा सकता है?

उत्तर: लगभग निश्चित रूप से नहीं। 2.0°C/W के RθJC और ~1.5V के VF के साथ, 20A पर पावर डिसिपेशन लगभग 30W (P=Vf*If) होगा। इससे केस से जंक्शन तक 60°C तापमान वृद्धि होगी (ΔT = P * RθJC)। हीटसिंक के बिना, केस तापमान जल्दी से अधिकतम की ओर बढ़ेगा, Tj,max से अधिक हो जाएगा। उचित तापीय डिज़ाइन आवश्यक है।

प्रश्न: क्या इस डायोड के लिए स्नबर सर्किट की आवश्यकता है?

उत्तर: इसकी तेज़ स्विचिंग और कम कैपेसिटेंस के कारण, सर्किट परजीवियों (प्रेरकत्व और कैपेसिटेंस) के कारण रिंगिंग अधिक स्पष्ट हो सकती है। हालाँकि डायोड को स्वयं स्नबर की आवश्यकता नहीं है, लेकिन समग्र सर्किट को दोलनों को कम करने और EMI को कम करने के लिए डायोड या मुख्य स्विच के पार एक RC स्नबर से लाभ हो सकता है।

8. संचालन सिद्धांत

एक शॉटकी डायोड एक बहुसंख्यक वाहक उपकरण है जो एक धातु-अर्धचालक जंक्शन द्वारा बनता है। जब धातु (कैथोड) के सापेक्ष अर्धचालक (एनोड) पर एक सकारात्मक वोल्टेज लगाया जाता है, तो इलेक्ट्रॉन आसानी से अर्धचालक से धातु में प्रवाहित होते हैं, जिससे अपेक्षाकृत कम वोल्टेज ड्रॉप (सिलिकॉन के लिए आमतौर पर 0.3-0.5V, SiC के लिए 1.2-1.8V) के साथ फॉरवर्ड चालन की अनुमति मिलती है। SiC में उच्च VF इसकी चौड़ी बैंडगैप के कारण है। रिवर्स बायस के तहत, जंक्शन की अंतर्निहित क्षमता धारा प्रवाह को रोकती है, केवल थर्मियोनिक उत्सर्जन और क्वांटम टनलिंग के कारण एक छोटी लीकेज धारा होती है। अल्पसंख्यक वाहक इंजेक्शन और भंडारण की अनुपस्थिति ही PN जंक्शन डायोड्स में देखी गई रिवर्स रिकवरी घटना को समाप्त करती है।

9. उद्योग रुझान

सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) पावर उपकरण कई उद्योगों में चल रहे विद्युतीकरण और दक्षता सुधार के लिए एक प्रमुख सक्षम तकनीक हैं। इलेक्ट्रिक वाहनों (EVs), EV चार्जिंग बुनियादी ढाँचे, नवीकरणीय ऊर्जा और उच्च-दक्षता औद्योगिक पावर सप्लाई में मांगों द्वारा संचालित SiC डायोड्स और ट्रांजिस्टर्स का बाज़ार तेज़ी से बढ़ रहा है। रुझानों में बढ़ती वोल्टेज और करंट रेटिंग्स, बेहतर विश्वसनीयता और उपज जिससे लागत कम होती है, और पावर मॉड्यूल में SiC डायोड्स का SiC MOSFETs के साथ एकीकरण शामिल है। इस डेटाशीट में वर्णित उपकरण चौड़ी-बैंडगैप अर्धचालकों की ओर इस व्यापक तकनीकी बदलाव के भीतर एक परिपक्व और व्यापक रूप से अपनाया गया घटक है।