TO-247-2L पैकेज सिलिकॉन कार्बाइड शॉटकी डायोड डेटाशीट - 650V, 4A, 1.4V फॉरवर्ड वोल्टेज - पैकेज आयाम 15.6x10.0x4.5mm - हिंदी तकनीकी दस्तावेज़

1. उत्पाद अवलोकन

यह दस्तावेज़ TO-247-2L पैकेज में उपलब्ध एक उच्च-प्रदर्शन सिलिकॉन कार्बाइड शॉटकी बैरियर डायोड के विनिर्देशों का विस्तृत विवरण प्रस्तुत करता है। यह उपकरण उच्च वोल्टेज, उच्च आवृत्ति शक्ति रूपांतरण अनुप्रयोगों के लिए डिज़ाइन किया गया है, जहाँ दक्षता, तापीय प्रबंधन और स्विचिंग गति पर विशेष मांग होती है। सिलिकॉन कार्बाइड प्रौद्योगिकी के कारण, यह डायोड पारंपरिक सिलिकॉन-आधारित उपकरणों की तुलना में महत्वपूर्ण लाभ प्रदान करता है, विशेष रूप से स्विचिंग हानियों को कम करने और उच्चतर कार्य आवृत्तियों को प्राप्त करने में।

इस घटक का मुख्य कार्य एकदिशीय धारा चालन प्रदान करना है, साथ ही इसमें अत्यंत कम वोल्टेज ड्रॉप और लगभग शून्य रिवर्स रिकवरी चार्ज होता है। इसका प्राथमिक अनुप्रयोग तेज स्विचिंग और उच्च दक्षता वाले सर्किटों में होता है, जैसे स्विच मोड पावर सप्लाई, इन्वर्टर और मोटर ड्राइवर। इसका मूल संचालन सिद्धांत शॉट्की बैरियर के धातु-अर्धचालक जंक्शन पर आधारित है; जब इसे सिलिकॉन कार्बाइड सामग्री से निर्मित किया जाता है, तो यह कम फॉरवर्ड वोल्टेज ड्रॉप और उत्कृष्ट उच्च-तापमान प्रदर्शन बनाए रखते हुए उच्च ब्रेकडाउन वोल्टेज प्राप्त कर सकता है।

2. गहन तकनीकी मापदंड विश्लेषण

2.1 विद्युत विशेषताएँ

विद्युत मापदंड डायोड की विभिन्न परिस्थितियों में कार्य सीमा और प्रदर्शन को परिभाषित करते हैं।

• अधिकतम पुनरावृत्ति शिखर रिवर्स वोल्टेज (VRRM):650V. यह डायोड द्वारा बार-बार सहन किया जा सकने वाला अधिकतम तात्कालिक रिवर्स वोल्टेज है। यह उन अनुप्रयोगों में डिवाइस की वोल्टेज रेटिंग को परिभाषित करता है जैसे कि रेक्टिफाइड 230V AC मेन्स से संचालित होने वाले पावर फैक्टर करेक्शन स्टेज।
• निरंतर फॉरवर्ड करंट (IF):4A. यह डायोड द्वारा निरंतर संचालित किया जा सकने वाला अधिकतम औसत फॉरवर्ड करंट है, जो इसकी थर्मल विशेषताओं द्वारा सीमित है। वास्तविक उपलब्ध करंट हीट सिंक स्थितियों और परिवेश के तापमान पर निर्भर करता है।
• Forward Voltage (VF):At IF=4A, TJ=25°C, the typical value is 1.4V, and the maximum value is 1.75V. This parameter is crucial for calculating conduction losses. Low VF is a key advantage of silicon carbide Schottky technology, directly contributing to improved system efficiency.
• Reverse Leakage Current (IR):VR=520V, TJ=25°C पर अधिकतम 25 µA। यह कम लीकेज करंट बंद अवस्था में बिजली की हानि को न्यूनतम करता है।
• कुल कैपेसिटेंस चार्ज (QC):VR=400V पर टाइपिकल 6.4 nC। यह उच्च-आवृत्ति स्विचिंग अनुप्रयोगों के लिए एक महत्वपूर्ण पैरामीटर है। कम QC मान का अर्थ है कि प्रत्येक स्विचिंग चक्र में स्थानांतरित करने के लिए आवेश की मात्रा बहुत कम है, जिससे सिलिकॉन PN जंक्शन डायोड या यहाँ तक कि सिलिकॉन कार्बाइड MOSFET बॉडी डायोड की तुलना में स्विचिंग हानि में उल्लेखनीय कमी आती है।
• कैपेसिटेंस ऊर्जा भंडारण (EC):VR=400V पर विशिष्ट मान 1 µJ है। यह ऊर्जा प्रत्येक टर्न-ऑन घटना में क्षय होती है और कुल स्विचिंग हानि गणना का एक हिस्सा है।

2.2 तापीय विशेषताएँ

विश्वसनीय संचालन और रेटेड प्रदर्शन प्राप्त करने के लिए थर्मल प्रबंधन महत्वपूर्ण है।

• अधिकतम जंक्शन तापमान (TJ,max):175°C। यह अर्धचालक जंक्शन का पूर्ण अधिकतम तापमान है। इस सीमा के निकट कार्य करने से उपकरण का जीवनकाल और विश्वसनीयता कम हो जाती है।
• जंक्शन-टू-केस थर्मल प्रतिरोध (RθJC):विशिष्ट मान 4.5 °C/W है। कम तापीय प्रतिरोध इंगित करता है कि सिलिकॉन चिप से पैकेज केस तक ताप हस्तांतरण दक्षता अधिक है। यह डिवाइस का एक अंतर्निहित गुण है। जंक्शन से परिवेश तक कुल तापीय प्रतिरोध, RθJC, तापीय इंटरफ़ेस सामग्री के तापीय प्रतिरोध और हीटसिंक के तापीय प्रतिरोध का योग है। कम RθJC छोटे हीटसिंक के उपयोग या उच्चतर बिजली अपव्यय को सक्षम बनाता है।
• कुल बिजली अपव्यय (PD):TC=25°C पर 33 W। यह रेटिंग तापीय प्रतिरोध और अधिकतम जंक्शन तापमान से प्राप्त की जाती है। व्यवहार में, अनुमेय बिजली अपव्यय केस तापमान बढ़ने के साथ घट जाता है।

2.3 अधिकतम रेटिंग और पूर्ण सीमाएँ

ये तनाव सीमाएँ हैं, जिन्हें स्थायी क्षति को रोकने के लिए किसी भी स्थिति में पार नहीं किया जाना चाहिए।

• सर्ज नॉन-रिपीटेबल फॉरवर्ड करंट (IFSM):TC=25°C, 10ms साइन हाफ-वेव कंडीशन पर 19A। यह रेटिंग डायोड की शॉर्ट-टर्म ओवरलोड (जैसे पावर-अप पर सर्ज करंट) को हैंडल करने की क्षमता को परिभाषित करती है।
• स्टोरेज टेम्परेचर (TSTG):-55°C से +175°C।
• स्थापना टॉर्क:M3 या 6-32 स्क्रू के लिए, टॉर्क रेंज 0.8 से 8.8 N·m है। उचित टॉर्क पैकेज हीट सिंक और हीट सिंक के बीच अच्छा थर्मल संपर्क सुनिश्चित करता है।

3. Performance Curve Analysis

स्पेसिफिकेशन शीट में विस्तृत डिजाइन के लिए महत्वपूर्ण कई विशेषता वक्र आरेख शामिल हैं।

3.1 VF-IF Characteristic Curve

यह आरेख विभिन्न जंक्शन तापमानों पर फॉरवर्ड वोल्टेज ड्रॉप और फॉरवर्ड करंट के बीच संबंध दर्शाता है। मुख्य अवलोकन: VF में नकारात्मक तापमान गुणांक है; तापमान बढ़ने पर, VF थोड़ा कम हो जाता है। जब कई डिवाइस समानांतर में जुड़े होते हैं, तो यह विशेषता थर्मल रनवे को रोकने में मदद करती है, क्योंकि अधिक गर्म डिवाइस थोड़ा अधिक करंट का संचालन करेगा, जिससे करंट शेयरिंग को बढ़ावा मिलता है।

3.2 VR-IR विशेषता वक्र

यह वक्र विभिन्न तापमानों पर रिवर्स लीकेज करंट और रिवर्स वोल्टेज के बीच संबंध दर्शाता है। यह दर्शाता है कि लीकेज करंट वोल्टेज और तापमान के साथ घातांकीय रूप से बढ़ता है। डिजाइनरों को यह सुनिश्चित करना चाहिए कि ऑपरेटिंग रिवर्स वोल्टेज VRRM से नीचे पर्याप्त मार्जिन पर है, विशेष रूप से उच्च परिवेश तापमान पर।

3.3 अधिकतम अग्र धारा और केस तापमान संबंध

यह डीरेटिंग वक्र दर्शाता है कि केस तापमान बढ़ने के साथ अधिकतम अनुमत निरंतर अग्र धारा कैसे कम होती है। यह थर्मल प्रतिरोध और अधिकतम जंक्शन तापमान का प्रत्यक्ष अनुप्रयोग है। उदाहरण के लिए, 4A की पूर्ण रेटिंग पर संचालन के लिए, केस तापमान 25°C या उससे नीचे बनाए रखना चाहिए, जिसके लिए आमतौर पर सक्रिय शीतलन की आवश्यकता होती है।

3.4 क्षणिक तापीय प्रतिबाधा

यह ग्राफ पल्स ऑपरेशन के दौरान थर्मल प्रदर्शन का मूल्यांकन करने के लिए महत्वपूर्ण है। यह दर्शाता है कि बहुत कम पल्स चौड़ाई (जैसे 1ms से कम) के लिए, जंक्शन से केस तक प्रभावी थर्मल इम्पीडेंस स्थिर-अवस्था RθJC से काफी कम है। यह डिवाइस को कम ड्यूटी साइकल वाले स्विचिंग अनुप्रयोगों में उच्चतर पीक पावर संभालने में सक्षम बनाता है।

4. यांत्रिक और पैकेजिंग जानकारी

4.1 पैकेज आयाम (TO-247-2L)

यह उपकरण दो पिनों के साथ मानक TO-247-2L पैकेज में निर्मित है। प्रमुख आयामों में शामिल हैं:

• कुल लंबाई (D): 15.6 mm (टाइपिकल)
• कुल चौड़ाई (E): 9.99 mm (टिपिकल)
• कुल ऊंचाई (A): 4.5 mm (टिपिकल)
• पिन पिच (e1): 5.08 मिमी (मूल मान)
• माउंटिंग होल दूरी (E3): 8.70 मिमी (संदर्भ मान)

इस पैकेज में अलग किए गए माउंटिंग होल हैं, जिसका अर्थ है कि धातु हीट सिंक कैथोड से विद्युतीय रूप से जुड़ा हुआ है। हीट सिंक डिज़ाइन और विद्युत इन्सुलेशन करते समय इस बात का ध्यान रखना चाहिए।

4.2 पिन कॉन्फ़िगरेशन और ध्रुवीयता

पिन परिभाषा स्पष्ट है:

• पिन 1: कैथोड (K)
• पिन 2: एनोड (A)
• केस (मेटल हीट सिंक): कैथोड (K) से जुड़ा हुआ

सही ध्रुवता अत्यंत महत्वपूर्ण है। असेंबली के दौरान रिवर्स-बायस्ड डायोड पावर चालू होते ही तत्काल विफलता का कारण बनेगा।

4.3 अनुशंसित PCB पैड लेआउट

पिन सतह माउंट के लिए अनुशंसित पैड पैटर्न प्रदान किया गया है, जिसमें पैड आकार और अंतर शामिल हैं, ताकि अच्छे सोल्डर जोड़ बनें और यांत्रिक स्थिरता सुनिश्चित हो।

5. अनुप्रयोग मार्गदर्शिका

5.1 विशिष्ट अनुप्रयोग परिपथ

यह डायोड निम्नलिखित कुछ प्रमुख पावर इलेक्ट्रॉनिक्स टोपोलॉजी के लिए आदर्श है:

• पावर फैक्टर करेक्शन (PFC):निरंतर चालन मोड या संक्रमण मोड PFC सर्किट में बूस्ट डायोड के रूप में उपयोग किया जाता है। इसकी तीव्र स्विचिंग और कम QC विशेषता उच्च स्विचिंग आवृत्ति पर हानियों को न्यूनतम करती है, जिससे समग्र बिजली दक्षता में सुधार होता है।
• सोलर इन्वर्टर:डीसी बसबार में या इन्वर्टर ब्रिज में फ्रीव्हीलिंग डायोड के रूप में उपयोग किया जाता है। इसकी उच्च तापमान क्षमता और उच्च दक्षता बाहरी वातावरण में ऊर्जा संग्रहण और विश्वसनीयता को अधिकतम करने के लिए महत्वपूर्ण है।
• अनइंटरप्टिबल पावर सप्लाई (UPS):रेक्टिफायर और इन्वर्टर स्टेज में दक्षता और पावर डेंसिटी बढ़ाने के लिए उपयोग किया जाता है।
• मोटर ड्राइवर:IGBT या MOSFET ब्रिज में फ्रीव्हीलिंग या क्लैंप डायोड के रूप में उपयोग किया जाता है, तेज स्विचिंग स्पीड प्राप्त करने और वोल्टेज स्पाइक्स को कम करने के लिए।
• डेटा सेंटर बिजली आपूर्ति:उच्च दक्षता सीधे तौर पर उच्च घनत्व वाले सर्वर वातावरण में कम परिचालन लागत और कम शीतलन आवश्यकताओं में परिवर्तित होती है।

5.2 डिज़ाइन विचार एवं सर्वोत्तम अभ्यास

• थर्मल डिज़ाइन:आवश्यक हीट सिंक की गणना हमेशा सबसे खराब स्थिति वाली पावर खपत और उच्चतम परिवेश तापमान के आधार पर करें। कम थर्मल प्रतिरोध वाली थर्मल इंटरफ़ेस सामग्री का उपयोग करें। इंस्टॉलेशन टॉर्क निर्दिष्ट सीमा के भीतर होना चाहिए।
• स्विचिंग लॉस गणना:हालांकि रिवर्स रिकवरी लॉस नगण्य है, लेकिन कैपेसिटिव स्विचिंग लॉस की गणना C-V विशेषता और वास्तविक स्विचिंग आवृत्ति तथा वोल्टेज का उपयोग करके की जानी चाहिए।
• समानांतर उपकरण:VF का नकारात्मक तापमान गुणांक वर्तमान साझाकरण में सहायता करता है। हालांकि, इष्टतम संतुलन के लिए, सममित PCB लेआउट, समान लंबाई के ट्रेस/लीड और एक सामान्य हीट सिंक सुनिश्चित किया जाना चाहिए।
• वोल्टेज प्रतिबल:आवश्यकता होने पर, सर्किट लूप की परजीवी इंडक्टेंस के कारण उत्पन्न वोल्टेज ओवरशूट को नियंत्रित करने के लिए, विशेष रूप से उच्च di/dt दर पर स्विचिंग करते समय, स्नबर सर्किट या RC डैम्पर जोड़ा जाना चाहिए।
• गेट ड्राइव विचार:इस डायोड का तीव्र स्विचिंग उच्च dv/dt का कारण बन सकता है, जो गेट ड्राइव सर्किट में युग्मित हो सकता है। उचित लेआउट और शील्डिंग अत्यंत महत्वपूर्ण है।

6. तकनीकी तुलना और लाभ

मानक सिलिकॉन फास्ट रिकवरी डायोड या यहाँ तक कि सिलिकॉन PN डायोड की तुलना में, इस सिलिकॉन कार्बाइड शॉट्की डायोड के महत्वपूर्ण लाभ हैं:

• लगभग शून्य रिवर्स रिकवरी:शॉटकी बैरियर तंत्र में अल्पसंख्यक वाहक भंडारण नहीं होता, जो रिवर्स रिकवरी करंट और संबंधित स्विचिंग हानियों को समाप्त करता है। यह इसका सबसे महत्वपूर्ण लाभ है।
• उच्च कार्य तापमान:सिलिकॉन कार्बाइड सामग्री 175°C तक के जंक्शन तापमान पर विश्वसनीय रूप से कार्य कर सकती है, जबकि कई सिलिकॉन उपकरणों का अधिकतम कार्य तापमान केवल 150°C या उससे कम होता है।
• उच्च स्विचिंग आवृत्ति:Qrr की अनुपस्थिति और कम QC, 100 kHz से कहीं अधिक आवृत्तियों पर संचालन की अनुमति देते हैं, जिससे छोटे चुंबकीय घटक और उच्च शक्ति घनत्व प्राप्त होता है।
• प्रणाली दक्षता में वृद्धि:कम चालन हानि और लगभग शून्य स्विचिंग हानि सीधे पूरे लोड रेंज में कनवर्टर की दक्षता बढ़ाती है।
• शीतलन आवश्यकताओं को कम करना:उच्च दक्षता और बेहतर उच्च-तापमान प्रदर्शन कुछ अनुप्रयोगों में छोटे, कम लागत वाले हीट सिंक के उपयोग या यहाँ तक कि निष्क्रिय शीतलन को अपनाने का कारण बन सकता है।

7. सामान्य प्रश्न (FAQ)

7.1 क्या यह डायोड मौजूदा डिज़ाइन में सिलिकॉन डायोड की सीधी जगह ले सकता है?

हालांकि विद्युतीय कार्यक्षमता के स्तर पर यह काम कर सकता है, लेकिन सीधा प्रतिस्थापन हमेशा सरल और व्यवहार्य नहीं होता। तेज़ स्विचिंग गति, उच्च dv/dt और di/dt के कारण, विद्युतचुंबकीय हस्तक्षेप (EMI) में वृद्धि कर सकती है। लेआउट और स्नबर नेटवर्क का पुनर्मूल्यांकन आवश्यक हो सकता है। इसके अलावा, संबद्ध स्विचिंग डिवाइस की गेट ड्राइव, स्विचिंग हानि में कमी और भिन्न वोल्टेज/करंट तरंगरूपों के कारण प्रभावित हो सकती है।

7.2 इसका फॉरवर्ड वोल्टेज ड्रॉप (1.4V) सामान्य सिलिकॉन शॉटकी डायोड से अधिक क्यों है?

सिलिकॉन शॉटकी डायोड की बैरियर ऊंचाई कम होती है, जिसके परिणामस्वरूप VF मान लगभग 0.3-0.7V होता है, लेकिन इसकी ब्रेकडाउन वोल्टेज आमतौर पर 200V से नीचे सीमित होती है। सिलिकॉन कार्बाइड की उच्च बैंडगैप उच्च ब्रेकडाउन वोल्टेज को सक्षम बनाती है, लेकिन इससे उच्च अंतर्निहित विभव उत्पन्न होता है, जिसके परिणामस्वरूप उच्च फॉरवर्ड वोल्टेज ड्रॉप होता है। यह सामग्री भौतिकी में एक मौलिक ट्रेड-ऑफ है।

7.3 उच्च धारा प्राप्त करने के लिए इन डायोड को समानांतर में कैसे उपयोग करें?

नकारात्मक तापमान गुणांक धारा साझाकरण में सहायता करता है। सर्वोत्तम परिणामों के लिए: 1) आवरण तापमान को समान बनाने के लिए उपकरणों को एक सामान्य हीटसिंक पर स्थापित करें। 2) सममित PCB लेआउट सुनिश्चित करें, प्रत्येक एनोड और कैथोड के ट्रेस की लंबाई और प्रतिबाधा समान हो। 3) महत्वपूर्ण अनुप्रयोगों में, बलात धारा साझाकरण प्राप्त करने के लिए छोटे श्रृंखला प्रतिरोध या चुंबकीय युग्मन जोड़ने पर विचार किया जा सकता है, लेकिन VF विशेषता के कारण आमतौर पर इसकी आवश्यकता नहीं होती है।

7.4 "कुल संधारित्र आवेश (QC)" पैरामीटर का क्या महत्व है?

QC डायोड जंक्शन कैपेसिटेंस को एक विशिष्ट वोल्टेज तक चार्ज करने से जुड़े कुल आवेश का प्रतिनिधित्व करता है। सर्किट में संबंधित स्विच-ऑन अवधि के दौरान, यह आवेश वास्तव में स्विच के माध्यम से शॉर्ट-सर्किट हो जाता है, जिससे करंट स्पाइक्स और ऊर्जा हानि होती है। कम QC का मतलब है कि यह हानि बहुत कम है, जो डायोड को उच्च-स्पीड स्विचिंग क्षमता प्राप्त करने में मदद करती है।

8. उद्योग रुझान और भविष्य का विकास

सिलिकॉन कार्बाइड पावर डिवाइस पावर इलेक्ट्रॉनिक्स उद्योग का तेजी से बढ़ता हुआ हिस्सा है। यह रुझान उच्च ऊर्जा दक्षता, कॉम्पैक्ट बिजली आपूर्ति और परिवहन के विद्युतीकरण के लिए वैश्विक प्रयासों से प्रेरित है। प्रमुख विकासों में शामिल हैं:

• उच्च वोल्टेज रेटिंग:1200V और 1700V रेटेड वोल्टेज वाले डिवाइस अब अधिक सामान्य होते जा रहे हैं, जिनका लक्ष्य इलेक्ट्रिक वाहन ट्रैक्शन इन्वर्टर और औद्योगिक मोटर ड्राइव जैसे अनुप्रयोग हैं।
• कम RθJC और बेहतर पैकेजिंग:नई पैकेजिंग तकनीकें थर्मल प्रतिरोध को कम कर रही हैं, जिससे उच्च शक्ति घनत्व संभव हो रहा है।
• एकीकरण:सिलिकॉन कार्बाइड शॉटकी डायोड और सिलिकॉन कार्बाइड MOSFET को एक मॉड्यूल में सह-पैकेज करके, न्यूनतम परजीवी प्रेरकत्व के साथ अनुकूलित स्विचिंग सेल बनाना एक प्रवृत्ति बन गई है।
• लागत में कमी:वेफर निर्माण के पैमाने के विस्तार और दोष घनत्व में कमी के साथ, सिलिकॉन कार्बाइड की सिलिकॉन पर लागत प्रीमियम लगातार घट रहा है, जिससे इसके अनुप्रयोग उच्च-स्तरीय उपयोगों से आगे तक विस्तारित हो रहे हैं।

इस डेटाशीट में वर्णित डिवाइस प्रौद्योगिकी वक्र में एक परिपक्व और व्यापक रूप से अपनाए गए बिंदु का प्रतिनिधित्व करता है, जो व्यापक दक्षता वाले पावर रूपांतरण कार्यों के लिए प्रदर्शन, विश्वसनीयता और लागत के बीच एक उत्कृष्ट संतुलन प्रदान करता है।