TO-252-3L 650V SiC Schottky Diode Datasheet - Package 6.6x9.84x2.3mm - Voltage 650V - Current 10A - English Technical Documentation

1. उत्पाद अवलोकन

यह दस्तावेज़ एक उच्च-प्रदर्शन सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) शॉटकी बैरियर डायोड (SBD) के लिए पूर्ण तकनीकी विशिष्टताएँ प्रदान करता है। यह उपकरण उच्च-वोल्टेज, उच्च-आवृत्ति स्विचिंग अनुप्रयोगों के लिए डिज़ाइन किया गया है जहाँ दक्षता और तापीय प्रबंधन महत्वपूर्ण हैं। यह एक सतह-माउंट TO-252-3L (DPAK) पैकेज में रखा गया है, जो पावर सर्किट डिज़ाइन के लिए एक मजबूत तापीय और विद्युत इंटरफ़ेस प्रदान करता है।

इस SiC शॉटकी डायोड का मुख्य लाभ इसके पदार्थ गुणों में निहित है। पारंपरिक सिलिकॉन PN-जंक्शन डायोड के विपरीत, एक शॉटकी डायोड में एक धातु-अर्धचालक जंक्शन होता है, जो स्वाभाविक रूप से कम फॉरवर्ड वोल्टेज ड्रॉप (V_F) और, महत्वपूर्ण रूप से, लगभग शून्य रिवर्स रिकवरी चार्ज (Q_c). यह संयोजन चालन और स्विचिंग दोनों हानियों को काफी कम कर देता है, जिससे उच्चतर प्रणाली दक्षता और शक्ति घनत्व संभव होता है।

इस घटक के लक्षित बाजार उन्नत शक्ति रूपांतरण प्रणालियाँ हैं। इसकी उच्च दक्षता और उच्च-गति स्विचिंग के प्राथमिक लाभ इसे आधुनिक, कॉम्पैक्ट और उच्च-विश्वसनीयता वाले बिजली आपूर्ति के लिए आदर्श बनाते हैं।

2. गहन तकनीकी पैरामीटर विश्लेषण

2.1 विद्युत विशेषताएँ

विद्युत मापदंड विभिन्न परिस्थितियों में डायोड की संचालन सीमाओं और प्रदर्शन को परिभाषित करते हैं।

• Repetitive Peak Reverse Voltage (V_RRM): 650V. यह वह अधिकतम रिवर्स वोल्टेज है जिसे डायोड बार-बार सहन कर सकता है। यह यूनिवर्सल AC मेन्स (85-265VAC) से संचालित होने वाले पावर फैक्टर करेक्शन (PFC) स्टेज जैसे अनुप्रयोगों के लिए वोल्टेज रेटिंग को परिभाषित करता है।
• Continuous Forward Current (I_F): 10A. यह डिवाइस द्वारा लगातार प्रवाहित की जा सकने वाली अधिकतम औसत अग्र धारा है, जो इसकी तापीय विशेषताओं द्वारा सीमित है। डेटाशीट इसे केस तापमान (T_C) 25°C पर निर्दिष्ट करती है।
• अग्र वोल्टेज (V_F): 1.48V (Typ.) I_F=10A, T_J=25°C. यह कम V_F SiC Schottky प्रौद्योगिकी का एक प्रमुख लाभ है, जो सीधे चालन हानियों (P_हानि = V_F * मैं_F). ध्यान दें कि V_F का एक सकारात्मक तापमान गुणांक है, जो 175°C जंक्शन तापमान पर लगभग 1.9V तक बढ़ जाता है।
• रिवर्स करंट (I_R): 2µA (Typ.) at V_R=520V, T_J=25°C. यह कम रिसाव धारा अवरोधक अवस्था में उच्च दक्षता में योगदान करती है।
• Total Capacitive Charge (Q_c): 15nC (Typ.) at V_R=400V. स्विचिंग प्रदर्शन के लिए यह संभवतः सबसे महत्वपूर्ण पैरामीटर है। Q_c डायोड के जंक्शन कैपेसिटेंस पर वोल्टेज बदलने के लिए आपूर्ति/विस्थापित किया जाने वाला आवेश दर्शाता है। कम Q_c न्यूनतम स्विचिंग हानियों में अनुवादित होता है और बहुत उच्च आवृत्तियों पर संचालन सक्षम बनाता है।
• कैपेसिटेंस संग्रहीत ऊर्जा (E_C): 2.2µJ (Typ.) at V_R=400V. यह पैरामीटर, जंक्शन कैपेसिटेंस से प्राप्त, रिवर्स-बायस्ड होने पर डायोड के विद्युत क्षेत्र में संग्रहीत ऊर्जा को इंगित करता है। इसे रेज़ोनेंट सर्किट डिज़ाइन में ध्यान में रखा जाना चाहिए।

2.2 अधिकतम रेटिंग्स और तापीय विशेषताएँ

ये पैरामीटर सुरक्षित संचालन की पूर्ण सीमाएँ और डिवाइस की ऊष्मा प्रबंधन क्षमता को परिभाषित करते हैं।

• Surge Non-Repetitive Forward Current (I_FSM): 16A for a 10ms half-sine wave. This rating indicates the diode's ability to withstand short-term overloads, such as inrush currents.
• Junction Temperature (T_J): Maximum 175°C. Operating the device above this temperature can cause permanent damage.
• थर्मल रेजिस्टेंस, जंक्शन-टू-केस (R_θJC): 3.2°C/W (Typ.). यह कम थर्मल रेजिस्टेंस सिलिकॉन डाई से पैकेज केस और फिर हीटसिंक या PCB तक प्रभावी ऊष्मा स्थानांतरण के लिए महत्वपूर्ण है। कुल पावर डिसिपेशन (P_D) 44W के रूप में सूचीबद्ध है, लेकिन यह मुख्य रूप से अधिकतम T_J और सिस्टम की गर्मी हटाने की क्षमता (R_θCA).

3. प्रदर्शन वक्र विश्लेषण

डेटाशीट में डिज़ाइन इंजीनियरों के लिए आवश्यक कई विशेषता वक्र शामिल हैं।

• V_F-I_F विशेषताएँ: यह ग्राफ विभिन्न जंक्शन तापमानों पर फॉरवर्ड वोल्टेज और फॉरवर्ड करंट के बीच संबंध दर्शाता है। इसका उपयोग वास्तविक परिचालन स्थितियों में सटीक चालन हानियों की गणना के लिए किया जाता है, न कि केवल 25°C के विशिष्ट बिंदु पर।
• V_R-I_R विशेषताएँ: यह रिवर्स लीकेज करंट को रिवर्स वोल्टेज और तापमान के फलन के रूप में दर्शाता है। यह स्टैंडबाई हानियों का अनुमान लगाने और उच्च तापमान पर स्थिर ब्लॉकिंग प्रदर्शन सुनिश्चित करने के लिए महत्वपूर्ण है।
• V_R-C_t विशेषताएँ: दर्शाता है कि कुल डायोड कैपेसिटेंस (C_t) रिवर्स वोल्टेज (V_R). यह गैर-रैखिक धारिता उच्च-आवृत्ति स्विचिंग व्यवहार और अनुनाद सर्किट डिजाइन को प्रभावित करती है।
• अधिकतम I_F बनाम केस तापमान (T_C): एक डीरेटिंग वक्र जो परिभाषित करता है कि अधिकतम अनुमेय निरंतर अग्र धारा कैसे घटती है जैसे-जैसे केस का तापमान बढ़ता है। यह थर्मल डिजाइन के लिए मौलिक है।
• शक्ति क्षय बनाम केस तापमान: करंट डेरेटिंग के समान, यह वक्र दर्शाता है कि डिवाइस अपने केस तापमान के आधार पर कितनी शक्ति का अपव्यय कर सकता है।
• I_FSM vs. Pulse Width (P_W): मानक 10ms के अलावा अन्य पल्स अवधि के लिए सर्ज करंट क्षमता प्रदान करता है, जिससे फॉल्ट कंडीशन सहनशीलता का आकलन करने की अनुमति मिलती है।
• E_C-V_R विशेषताएँ: संग्रहीत संधारित्र ऊर्जा को रिवर्स वोल्टेज के विरुद्ध ग्राफ़ करता है, जो सॉफ्ट-स्विचिंग टोपोलॉजी में हानि गणना के लिए उपयोगी है।
• क्षणिक थर्मल प्रतिरोध (Z_θJC) बनाम पल्स चौड़ाई: यह वक्र छोटी स्विचिंग पल्स के दौरान थर्मल प्रदर्शन का मूल्यांकन करने के लिए महत्वपूर्ण है। एकल छोटी पल्स के लिए प्रभावी थर्मल प्रतिरोध स्थिर-अवस्था R_θJC.

4. Mechanical and Package Information

4.1 Package Dimensions

The device uses the industry-standard TO-252-3L (DPAK) surface-mount package. Key dimensions from the outline drawing include:

• कुल लंबाई (H): 9.84 मिमी (सामान्य)
• कुल चौड़ाई (E): 6.60 मिमी (सामान्य)
• कुल ऊंचाई (A): 2.30 मिमी (Typ.)
• लीड पिच (e1): 2.28 मिमी (Basic)
• टैब आयाम (D1 x E1): 5.23 मिमी x 4.83 मिमी (Typ.)

बड़ा मेटल टैब प्राथमिक थर्मल पाथ (कैथोड से जुड़ा हुआ) के रूप में कार्य करता है और प्रभावी हीट सिंकिंग के लिए इसे PCB पर संबंधित कॉपर पैड पर ठीक से सोल्डर किया जाना चाहिए।

4.2 पिन विन्यास और ध्रुवता

पिनआउट स्पष्ट रूप से परिभाषित है:

• पिन 1: Cathode (K)
• Pin 2: Anode (A)
• Case (Tab): Cathode (K)

महत्वपूर्ण: केस (बड़ा धातु टैब) विद्युत रूप से कैथोड से जुड़ा होता है। शॉर्ट सर्किट से बचने के लिए PCB लेआउट के दौरान इस पर विचार किया जाना चाहिए। जब तक कि जानबूझकर कैथोड नोड से न जोड़ा जाए, टैब को अन्य नेट्स से अलग रखा जाना चाहिए।

4.3 अनुशंसित PCB पैड लेआउट

सतह माउंटिंग के लिए एक सुझाया गया फुटप्रिंट प्रदान किया गया है। यह लेआउट सोल्डर जोड़ की विश्वसनीयता और थर्मल प्रदर्शन के लिए अनुकूलित है। इसमें आम तौर पर आंतरिक तांबे की परतों या निचली ओर हीटसिंक के लिए थर्मल वाया के साथ टैब के लिए एक बड़ा केंद्रीय पैड, साथ ही एनोड और कैथोड लीड के लिए दो छोटे पैड शामिल होते हैं।

5. सोल्डरिंग और असेंबली दिशानिर्देश

हालांकि इस अंश में विशिष्ट रीफ्लो प्रोफाइल का विवरण नहीं दिया गया है, लेकिन पावर SMD पैकेजों के लिए सामान्य दिशानिर्देश लागू होते हैं।

• रीफ्लो सोल्डरिंग: मानक लीड-मुक्त (पीबी-मुक्त) रीफ्लो प्रोफाइल उपयुक्त हैं। टैब की बड़ी थर्मल मास के कारण थोड़ा प्रोफाइल समायोजन (जैसे, लंबा सोक समय या उच्चतम तापमान) की आवश्यकता हो सकती है ताकि टैब के नीचे पूर्ण सोल्डर रीफ्लो सुनिश्चित हो सके।
• थर्मल वायस: इष्टतम थर्मल प्रदर्शन के लिए, टैब के लिए पीसीबी पैड में रीफ्लो के दौरान सोल्डर से भरे कई थर्मल वाया शामिल होने चाहिए। ये वाया आंतरिक ग्राउंड प्लेन या निचली तरफ के कॉपर पोर तक गर्मी संचारित करते हैं।
• माउंटिंग टॉर्क: यदि पैकेज को हीटसिंक से सुरक्षित करने के लिए एक अतिरिक्त स्क्रू का उपयोग किया जाता है (टैब में छेद के माध्यम से), तो एक M3 या 6-32 स्क्रू के लिए अधिकतम टॉर्क 8.8 N·cm (या 8 lbf-in) निर्दिष्ट है। इससे अधिक होने पर पैकेज क्षतिग्रस्त हो सकता है।
• भंडारण की शर्तें: उपकरण को -55°C से +175°C के तापमान सीमा के भीतर, एक शुष्क, एंटी-स्टैटिक वातावरण में संग्रहित किया जाना चाहिए।

6. अनुप्रयोग सुझाव

6.1 विशिष्ट अनुप्रयोग सर्किट

यह डायोड विशेष रूप से निम्नलिखित अनुप्रयोगों के लिए डिज़ाइन किया गया है:

• Power Factor Correction (PFC) in Switch-Mode Power Supplies (SMPS): सतत चालन मोड (CCM) या संक्रमण मोड (TM) PFC सर्किट में बूस्ट डायोड के रूप में उपयोग किया जाता है। इसका उच्च V_RRM बूस्टेड वोल्टेज को संभालता है, जबकि इसका कम Q_c उच्च PFC आवृत्तियों (अक्सर 65-100 kHz+) पर स्विचिंग हानियों को कम करता है, समग्र दक्षता में सुधार करता है।
• सौर इन्वर्टर: फोटोवोल्टिक (PV) माइक्रो-इन्वर्टर या स्ट्रिंग इन्वर्टर के बूस्ट चरण में उपयोग किया जाता है। ऊर्जा संचयन को अधिकतम करने के लिए उच्च दक्षता अत्यंत महत्वपूर्ण है।
• अनइंटरप्टिबल पावर सप्लाई (UPS): रेक्टिफायर/चार्जर और इन्वर्टर चरणों में दक्षता बढ़ाने और आकार कम करने के लिए प्रयुक्त।
• मोटर ड्राइव: मोटर चलाने वाले इन्वर्टर ब्रिज में फ्रीव्हीलिंग या क्लैंप डायोड स्थितियों में उपयोग किया जा सकता है, जो उच्च-गति स्विचिंग से लाभान्वित होते हैं।
• डेटा सेंटर पावर सप्लाई: सर्वर पावर सप्लाई और टेलीकॉम रेक्टिफायर को बहुत उच्च दक्षता (जैसे, 80 Plus Titanium) की आवश्यकता होती है। इस डायोड की विशेषताएं इन कठोर आवश्यकताओं को पूरा करने में मदद करती हैं।

6.2 Design Considerations

• थर्मल डिज़ाइन: कम R_θJC केवल तभी प्रभावी है जब केस से गर्मी हटाई जाए। पर्याप्त PCB कॉपर क्षेत्र, थर्मल वाया, और संभवतः एक बाहरी हीटसिंक की आवश्यकता होती है। आपके अनुमानित अधिकतम केस तापमान पर सुरक्षित संचालन धाराओं को निर्धारित करने के लिए डीरेटिंग कर्व्स का उपयोग करें।
• स्विचिंग लॉस कैलकुलेशन: हार्ड-स्विचिंग अनुप्रयोगों के लिए, स्विचिंग हानियाँ मुख्य रूप से कैपेसिटिव होती हैं। प्रति चक्र हानि का अनुमान 0.5 * C_oss(V) * V² * f_sw. The Q_c and E_C parameters provide more accurate methods for loss estimation.
• समानांतर संचालन: डेटाशीट में कहा गया है कि यह उपकरण थर्मल रनवे के बिना समानांतर संचालन के लिए उपयुक्त है। यह V के सकारात्मक तापमान गुणांक के कारण है_F; यदि एक डायोड गर्म हो जाता है, तो इसका V_F बढ़ जाता है, जिससे धारा ठंडे समानांतर उपकरणों की ओर स्थानांतरित हो जाती है, जिससे प्राकृतिक धारा साझाकरण को बढ़ावा मिलता है।
• Snubber Circuits: बहुत तेज स्विचिंग और कम Q के कारण_rrSiC Schottky डायोड कभी-कभी परजीवी प्रेरकत्व के कारण उच्च वोल्टेज ओवरशूट (रिंगिंग) का कारण बन सकते हैं। भटक प्रेरकत्व को कम करने के लिए सावधानीपूर्वक लेआउट और संभावित रूप से एक RC स्नबर के उपयोग की आवश्यकता हो सकती है।

7. Technical Comparison and Advantages

पारंपरिक सिलिकॉन फास्ट रिकवरी डायोड (FRDs) या यहां तक कि सिलिकॉन कार्बाइड MOSFET बॉडी डायोड की तुलना में, यह SiC Schottky डायोड विशिष्ट लाभ प्रदान करता है:

• vs. Silicon PN Diode: सबसे महत्वपूर्ण अंतर रिवर्स रिकवरी चार्ज (Q) की अनुपस्थिति है।_rr)। एक सिलिकॉन डायोड में एक बड़ा Q होता है,_rr, जिससे महत्वपूर्ण स्विचिंग हानियाँ और रिवर्स रिकवरी करंट स्पाइक्स होते हैं। SiC Schottky का Q_c यह पूरी तरह से कैपेसिटिव है, जिससे लाभों में बताए अनुसार "मूलतः कोई स्विचिंग हानि नहीं" होती है।
• बनाम सिलिकॉन शॉट्की डायोड: सिलिकॉन शॉट्की डायोड में कम V होता है_F and fast switching but are limited to low voltage ratings (typically <200V). SiC technology enables Schottky performance at much higher voltages (650V and beyond).
• उच्च प्रणाली दक्षता: कम V_F और नगण्य स्विचिंग हानियों का संयोजन सीधे लोड रेंज में बिजली आपूर्ति दक्षता बढ़ाता है।
• कम शीतलन आवश्यकताएँ: कम हानियों का अर्थ है कम ऊष्मा उत्पन्न होना। इससे छोटे हीटसिंक या यहाँ तक कि निष्क्रिय शीतलन की अनुमति मिल सकती है, जिससे प्रणाली की लागत, आकार और वजन कम होता है।
• उच्च आवृत्ति संचालन: पावर सप्लाई डिज़ाइन को उच्च स्विचिंग आवृत्तियों पर संचालित करने में सक्षम बनाता है। इससे छोटे चुंबकीय घटकों (इंडक्टर्स, ट्रांसफॉर्मर) के उपयोग की अनुमति मिलती है, जिससे पावर घनत्व और अधिक बढ़ जाता है।

8. अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न (तकनीकी मापदंडों के आधार पर)

प्र: V_F 1.48V है, जो कुछ सिलिकॉन डायोड से अधिक प्रतीत होता है। क्या यह एक नुकसान है?
उ: हालांकि कुछ सिलिकॉन डायोड का V_F कम धाराओं पर, उनका V_F उच्च तापमान और धारा पर काफी बढ़ जाता है। इससे भी महत्वपूर्ण बात यह है कि एक सिलिकॉन डायोड की स्विचिंग हानियाँ (Q_rrके कारण) आम तौर पर इस SiC शॉटकी की संधारित्र स्विचिंग हानियों से परिमाण के कई क्रम अधिक होती हैं। उच्च-आवृत्ति अनुप्रयोगों में SiC उपकरण की कुल हानि (चालन + स्विचिंग) लगभग हमेशा कम होती है।

Q: क्या मैं इस डायोड को सीधे अपने मौजूदा सर्किट में सिलिकॉन डायोड के प्रतिस्थापन के रूप में उपयोग कर सकता हूँ?
A: सावधानीपूर्वक समीक्षा के बिना नहीं। हालांकि पिनआउट संगत हो सकता है, स्विचिंग व्यवहार पूरी तरह से अलग है। रिवर्स रिकवरी करंट की कमी सर्किट पैरासिटिक्स के कारण उच्च वोल्टेज ओवरशूट का कारण बन सकती है। संबंधित स्विचिंग ट्रांजिस्टर के लिए गेट ड्राइव को समायोजित करने की आवश्यकता हो सकती है, और स्नबर सर्किट को पुनः ट्यून करने की आवश्यकता हो सकती है। थर्मल प्रदर्शन भी अलग होगा।

Q: इस डायोड की विफलता का मुख्य कारण क्या है?
A> The most common failure modes for power diodes are thermal overstress (exceeding T_Jmax) और वोल्टेज ओवरस्ट्रेस (V_RRM ट्रांजिएंट्स के कारण)। विश्वसनीयता के लिए मजबूत थर्मल डिज़ाइन, उचित वोल्टेज डेरेटिंग और वोल्टेज स्पाइक्स से सुरक्षा (जैसे, TVS डायोड या RC स्नबर्स के साथ) आवश्यक है।

9. व्यावहारिक डिज़ाइन केस स्टडी

परिदृश्य: CCM PFC फ्रंट-एंड के साथ 500W, 80 Plus Platinum दक्षता वाला सर्वर पावर सप्लाई डिज़ाइन करना।
डिज़ाइन विकल्प: बूस्ट डायोड का चयन।
विश्लेषण: एक पारंपरिक 600V सिलिकॉन अल्ट्राफास्ट डायोड में Q_rr 50-100 nC का। 100 kHz की PFC स्विचिंग आवृत्ति और 400V की बस वोल्टेज पर, स्विचिंग हानि काफी होगी। इस SiC Schottky डायोड का उपयोग करके, जिसकी Q_c 15 nC के साथ, संधारित्र स्विचिंग हानि लगभग 70-85% कम हो जाती है। यह हानि बचत पूर्ण भार दक्षता को सीधे 0.5-1.0% सुधारती है, जिससे प्लैटिनम मानक को पूरा करने में सहायता मिलती है। इसके अलावा, कम ऊष्मा उत्पादन PFC चरण पर एक छोटे हीटसिंक की अनुमति देता है, जिससे अंतिम उत्पाद में स्थान और लागत की बचत होती है।

10. संचालन सिद्धांत परिचय

एक शॉट्की डायोड एक धातु-अर्धचालक संधि द्वारा निर्मित होता है, जो एक मानक PN-संधि डायोड से भिन्न होता है जो अर्धचालक-अर्धचालक का उपयोग करता है। जब एक उपयुक्त धातु (जैसे, निकल) को एक N-प्रकार के सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) वेफर पर जमा किया जाता है, तो एक शॉट्की अवरोध बनता है। अग्र अभिनति के तहत, अर्धचालक से इलेक्ट्रॉन इस अवरोध को पार करके धातु में जाने के लिए पर्याप्त ऊर्जा प्राप्त करते हैं, जिससे अपेक्षाकृत कम वोल्टेज ड्रॉप के साथ धारा प्रवाहित होती है। पश्च अभिनति के तहत, अवरोध चौड़ा हो जाता है, जिससे धारा अवरुद्ध हो जाती है। मुख्य अंतर यह है कि यह एक बहुसंख्यक वाहक उपकरण है; अपवाह क्षेत्र में अल्पसंख्यक वाहकों (इस मामले में होल्स) का कोई इंजेक्शन और परवर्ती भंडारण नहीं होता है। इसलिए, जब वोल्टेज उत्क्रमित होता है, तो कोई संग्रहीत आवेश नहीं होता जिसे हटाने (रिवर्स रिकवरी) की आवश्यकता हो, केवल संधि धारिता का आवेशन/विआवेशन होता है। यह मूलभूत भौतिकी ही है जो उच्च-गति स्विचिंग और कम Qrr को सक्षम बनाती है।_c प्रदर्शन।

11. Technology Trends

सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) पावर डिवाइस पावर इलेक्ट्रॉनिक्स में एक महत्वपूर्ण रुझान का प्रतिनिधित्व करते हैं, जो पारंपरिक सिलिकॉन की सामग्री सीमाओं से आगे बढ़ रहे हैं। SiC की व्यापक बैंडगैप (4H-SiC के लिए 3.26 eV बनाम Si के लिए 1.12 eV) जन्मजात लाभ प्रदान करती है: उच्च ब्रेकडाउन विद्युत क्षेत्र (किसी दिए गए वोल्टेज के लिए पतली, कम-प्रतिरोध अपवाह परतें), उच्च तापीय चालकता (बेहतर ऊष्मा अपव्यय), और उच्च तापमान पर कार्य करने की क्षमता। डायोड के लिए, SiC पर शॉट्की संरचना उच्च वोल्टेज रेटिंग के साथ तेज स्विचिंग के संयोजन को सक्षम बनाती है, एक संयोजन जो सिलिकॉन के साथ प्राप्त नहीं किया जा सकता। चल रहा विकास विशिष्ट चालू-प्रतिरोध (RDS(on)) को कम करने पर केंद्रित है।_DS(on)) for SiC MOSFETs and further lowering V_F and capacitance for SiC Schottky diodes, while also improving manufacturing yields to reduce cost. The adoption is driven by global demands for higher energy efficiency in everything from electric vehicles to renewable energy systems.