Spesifikasi Teknikal Diode Schottky SiC TO-220-2L - 650V 10A - Dimensi Pakej 15.6x9.99x4.5mm

1. Gambaran Keseluruhan Produk

Dokumen ini memperincikan spesifikasi untuk Diode Halangan Schottky Silikon Karbida (SiC) berprestasi tinggi yang dibungkus dalam pakej TO-220-2L. Peranti ini direka untuk aplikasi penukaran kuasa voltan tinggi dan frekuensi tinggi di mana kecekapan, pengurusan haba, dan kelajuan pensuisan adalah kritikal. Teknologi SiC menawarkan kelebihan ketara berbanding diode silikon tradisional, terutamanya disebabkan oleh sifat bahan yang lebih unggul.

Fungsi teras diode ini adalah untuk membenarkan arus mengalir dalam satu arah (dari anod ke katod) dengan kejatuhan voltan hadapan yang minimum dan menyekat voltan songsang tinggi dengan arus bocor yang sangat rendah. Pembeza utamanya ialah cas pemulihan songsang yang hampir sifar, yang merupakan batasan asas bagi diode simpang PN silikon. Ciri ini menjadikannya sesuai untuk litar yang beroperasi pada frekuensi pensuisan yang tinggi.

1.1 Kelebihan Teras dan Sasaran Pasaran

Faedah utama diode Schottky SiC ini berasal daripada sifat bahan dan strukturnya. Voltan hadapan (VF) yang rendah mengurangkan kehilangan konduksi, secara langsung meningkatkan kecekapan sistem. Ketidakhadiran penyimpanan pembawa minoriti yang ketara menghapuskan kehilangan pemulihan songsang, membolehkan pensuisan berkelajuan tinggi tanpa kehilangan pensuisan dan gangguan elektromagnet (EMI) yang berkaitan dengan diode pemulihan pantas silikon. Ini membolehkan reka bentuk sistem kuasa yang lebih kecil, ringan, dan cekap dengan membolehkan frekuensi operasi yang lebih tinggi, yang seterusnya mengurangkan saiz komponen pasif seperti induktor dan transformer.

Keupayaan arus lonjakan tinggi dan suhu simpang maksimum 175°C meningkatkan keteguhan dan kebolehpercayaan sistem. Peranti ini juga mematuhi piawaian alam sekitar (Bebas Plumbum, Bebas Halogen, RoHS). Ciri-ciri ini menjadikannya amat sesuai untuk aplikasi yang mencabar dalam elektronik kuasa moden. Pasaran sasaran termasuk bekalan kuasa perindustrian, sistem tenaga boleh diperbaharui, dan pengurusan kuasa infrastruktur kritikal.

2. Analisis Parameter Teknikal Mendalam

Pemahaman menyeluruh tentang parameter elektrik dan terma adalah penting untuk reka bentuk litar yang boleh dipercayai dan memastikan peranti beroperasi dalam kawasan operasi selamat (SOA).

2.1 Penarafan Maksimum Mutlak

Penarafan ini mentakrifkan had tekanan yang, jika dilampaui, boleh menyebabkan kerosakan kekal pada peranti. Ia tidak bertujuan untuk keadaan operasi biasa.

• Voltan Songsang Puncak Berulang (VRRM):650V. Ini adalah voltan songsang maksimum yang boleh dikenakan secara berulang.
• Arus Hadapan Berterusan (IF):10A. Ini adalah arus DC maksimum yang boleh dikendalikan oleh peranti secara berterusan, dihadkan oleh rintangan terma dan suhu simpang maksimum.
• Arus Hadapan Lonjakan Tidak Berulang (IFSM):30A (TC=25°C, tp=10ms, gelombang separuh sinus). Penarafan ini menunjukkan keupayaan diode untuk menahan arus beban lampau jangka pendek, seperti yang dialami semasa permulaan atau keadaan kerosakan.
• Suhu Simpang (TJ):Maksimum 175°C. Mengoperasikan peranti pada atau hampir had ini akan mengurangkan kebolehpercayaan jangka panjangnya.
• Pelesapan Kuasa Jumlah (PD):88W (TC=25°C). Nilai ini diperoleh daripada rintangan terma dan kenaikan suhu maksimum yang dibenarkan.

2.2 Ciri-ciri Elektrik

Ini adalah parameter prestasi tipikal dan maksimum/minimum di bawah keadaan ujian yang ditentukan.

• Voltan Hadapan (VF):1.48V tipikal, 1.85V maksimum pada IF=10A, TJ=25°C. Parameter ini meningkat dengan suhu, mencapai kira-kira 1.9V pada TJ=175°C. VF rendah adalah kelebihan utama untuk mengurangkan kehilangan konduksi.
• Arus Songsang (IR):2µA tipikal, 60µA maksimum pada VR=520V, TJ=25°C. Arus bocor meningkat dengan ketara dengan suhu (20µA tipikal pada 175°C), yang mesti dipertimbangkan dalam reka bentuk terma.
• Cas Kapasitif Jumlah (QC):15nC tipikal pada VR=400V, TJ=25°C. Ini adalah parameter kritikal untuk pengiraan kehilangan pensuisan dalam aplikasi frekuensi tinggi. Nilai QC yang rendah mengesahkan kehilangan pensuisan minimum yang berkaitan dengan peranti Schottky ini.
• Kapasitans Jumlah (Ct):Ini bergantung pada voltan. Nilai tipikal ialah 256pF pada VR=1V, 29pF pada VR=200V, dan 23pF pada VR=400V (f=1MHz). Kapasitans yang berkurangan dengan peningkatan voltan songsang adalah ciri kapasitans simpang.

2.3 Ciri-ciri Terma

Pelesapan haba yang berkesan adalah penting untuk mengekalkan prestasi dan kebolehpercayaan.

• Rintangan Terma, Simpang-ke-Kes (RθJC):1.7°C/W tipikal. Nilai rendah ini menunjukkan pemindahan haba yang cekap dari simpang semikonduktor ke tab logam (kes) pakej TO-220. Kes mesti dilekatkan dengan betul pada penyejuk haba untuk menggunakan ciri ini sepenuhnya. Nilai maksimum tidak dinyatakan, jadi pereka harus menggunakan nilai tipikal dengan faktor penyahkadar yang sesuai.

3. Analisis Lengkuk Prestasi

Spesifikasi ini menyediakan beberapa perwakilan grafik tingkah laku peranti, yang penting untuk analisis reka bentuk terperinci di luar titik data yang ditabulasi.

3.1 Ciri-ciri VF-IF

Lengkuk ini menunjukkan hubungan antara voltan hadapan dan arus hadapan pada suhu simpang yang berbeza. Ia secara visual menunjukkan pekali suhu positif VF. Ciri ini bermanfaat untuk perkongsian arus apabila berbilang diode disambungkan secara selari, kerana ia memberikan tahap pengimbangan sendiri dan membantu mencegah pelarian haba.

3.2 Ciri-ciri VR-IR

Graf ini memplot arus bocor songsang terhadap voltan songsang, biasanya pada pelbagai suhu. Ia menyerlahkan peningkatan eksponen dalam arus bocor dengan kedua-dua voltan dan suhu, memberitahu pereka tentang kehilangan keadaan mati dan kestabilan terma di bawah voltan sekatan tinggi.

3.3 Ciri-ciri Ip Maksimum – TC

Lengkuk penyahkadaran ini menunjukkan bagaimana arus hadapan berterusan maksimum yang dibenarkan (Ip) berkurangan apabila suhu kes (TC) meningkat. Ia adalah aplikasi langsung had pelesapan kuasa dan rintangan terma. Pereka mesti menggunakan graf ini untuk memilih penyejuk haba yang sesuai berdasarkan suhu ambien operasi dan arus yang diperlukan.

3.4 Rintangan Terma Sementara

Lengkuk rintangan terma sementara berbanding lebar denyut (ZθJC) adalah kritikal untuk menilai kenaikan suhu semasa denyut arus pendek, seperti dalam aplikasi pensuisan. Ia menunjukkan bahawa untuk denyut yang sangat pendek, rintangan terma berkesan adalah lebih rendah daripada nilai keadaan mantap, membolehkan peranti mengendalikan kuasa puncak yang lebih tinggi untuk tempoh yang singkat.

4. Maklumat Mekanikal dan Pakej

Peranti ini menggunakan pakej TO-220-2L piawai industri, yang direka untuk pemasangan melalui lubang dengan skru dilekatkan pada penyejuk haba.

4.1 Dimensi dan Garis Besar Pakej

Lukisan mekanikal terperinci menyediakan semua dimensi kritikal dalam milimeter. Dimensi badan pakej utama adalah kira-kira 15.6mm (D) x 9.99mm (E) x 4.5mm (A). Jarak pin (jarak antara pusat pin) ialah 5.08mm (e1). Dimensi lubang pemasangan dan saiz tab juga dinyatakan untuk memastikan antara muka mekanikal dan terma yang betul dengan penyejuk haba.

4.2 Konfigurasi Pin dan Pengenalpastian Polarity

Peranti ini mempunyai dua pin (2L). Pin 1 ialah Katod (K), dan Pin 2 ialah Anod (A). Penting untuk diperhatikan, tab logam atau kes pakej TO-220 disambungkan secara elektrik kepada Katod. Ini mesti dipertimbangkan semasa pemasangan untuk mengelakkan litar pintas, kerana penyejuk haba biasanya berada pada potensi bumi. Penebat yang betul (contohnya, penebat mika atau silikon dengan pad terma) diperlukan jika penyejuk haba tidak berada pada potensi katod.

4.3 Corak Pendaratan PCB yang Disyorkan

Susun atur pad yang dicadangkan untuk pemasangan permukaan pin (selepas dibentuk) disediakan. Ini membantu dalam reka bentuk PCB untuk proses pateri gelombang atau refluks, memastikan sambungan pateri yang boleh dipercayai dan sokongan mekanikal yang betul.

5. Garis Panduan Aplikasi dan Pertimbangan Reka Bentuk

5.1 Litar Aplikasi Tipikal

Diode ini khususnya berfaedah dalam beberapa topologi penukaran kuasa utama:

• Pembetulan Faktor Kuasa (PFC):Dalam peringkat PFC boost, pensuisan pantas dan kehilangan pemulihan rendah diode adalah penting untuk kecekapan tinggi pada frekuensi talian tinggi, membantu memenuhi piawaian kecekapan ketat seperti 80 PLUS.
• Inverter Solar:Digunakan dalam peringkat boost atau sebagai diode roda bebas, ia meminimumkan kehilangan, meningkatkan penuaian tenaga keseluruhan dari panel fotovoltaik.
• Bekalan Kuasa Tidak Terputus (UPS) & Pemacu Motor:Dalam peringkat inverter output atau sebagai diode pengapit/roda bebas, ia mengurangkan kehilangan pensuisan, membolehkan frekuensi pensuisan yang lebih tinggi yang boleh membawa kepada komponen magnet yang lebih kecil dan kualiti bentuk gelombang output yang lebih baik.
• Bekalan Kuasa Pusat Data:Kecekapan tinggi adalah penting untuk mengurangkan kos operasi (elektrik) dan keperluan penyejukan. Diode ini menyumbang secara langsung untuk mencapai ketumpatan kuasa dan kecekapan tinggi dalam bekalan kuasa pelayan.

5.2 Pertimbangan Reka Bentuk Kritikal

• Penyejuk Haba:RθJC yang rendah hanya berkesan dengan penyejuk haba yang mencukupi. Tork pemasangan untuk skru (M3 atau 6-32) dinyatakan sebagai 8.8 N·m (kira-kira 78 lbf-in) untuk memastikan sentuhan terma optimum tanpa merosakkan pakej.
• Operasi Selari:Pekali suhu positif VF memudahkan sambungan selari untuk keupayaan arus yang lebih tinggi. Walau bagaimanapun, perhatian teliti terhadap simetri susun atur (kesan panjang sama) dan penyejuk haba kongsi masih disyorkan untuk memastikan perkongsian arus yang seimbang.
• Tekanan Voltan:Dalam litar dengan beban induktif atau kearuhan parasit, lonjakan voltan melebihi VRRM boleh berlaku semasa pemadaman. Litar snubber atau peredam RC mungkin diperlukan untuk mengapit lonjakan ini dan melindungi diode.
• ESD dan Pengendalian:Walaupun lebih teguh daripada sesetengah semikonduktor, diode Schottky boleh sensitif kepada nyahcas elektrostatik. Langkah berjaga-jaga ESD piawai harus dipatuhi semasa pengendalian dan pemasangan.

6. Perbandingan Teknikal dan Tren

6.1 Perbandingan dengan Diode Silikon

Berbanding dengan diode pemulihan pantas silikon (FRD) dengan penarafan voltan dan arus yang serupa, diode Schottky SiC ini menawarkan: 1) Cas pemulihan songsang (Qrr) dan masa (trr) yang jauh lebih rendah, pada dasarnya menghapuskan kehilangan pemulihan songsang dan bunyi berkaitan. 2) Suhu simpang operasi maksimum yang lebih tinggi (175°C berbanding biasanya 150°C untuk silikon). 3) Kejatuhan voltan hadapan yang sedikit lebih tinggi, tetapi ini sering diatasi oleh penjimatan kehilangan pensuisan pada frekuensi di atas ~30kHz. Faedah peringkat sistem termasuk penyejuk haba yang lebih kecil, komponen magnet yang lebih kecil, dan kecekapan keseluruhan yang lebih tinggi.

6.2 Prinsip Operasi dan Tren

Diode Schottky dibentuk oleh simpang logam-semikonduktor, berbeza dengan simpang PN. Peranti pembawa majoriti ini tidak mempunyai penyimpanan pembawa minoriti, yang merupakan punca kelajuan pensuisan pantasnya. Silikon Karbida (SiC) sebagai bahan semikonduktor menyediakan jurang jalur yang lebih luas daripada silikon, menghasilkan kekuatan medan pecahan yang lebih tinggi, kekonduksian terma yang lebih tinggi, dan suhu operasi maksimum yang lebih tinggi. Tren dalam elektronik kuasa sangat condong ke arah semikonduktor jurang jalur lebar seperti SiC dan Gallium Nitrida (GaN) untuk menolak batasan kecekapan, frekuensi, dan ketumpatan kuasa. Diode ini mewakili komponen matang dan diterima secara meluas dalam tren itu, terutamanya untuk aplikasi voltan tinggi di mana kelebihan SiC paling ketara.

7. Soalan Lazim (FAQ)

Q: Bolehkah diode ini digunakan secara langsung sebagai pengganti untuk diode pemulihan pantas silikon dalam reka bentuk sedia ada?

A: Tidak secara langsung tanpa penilaian. Walaupun susunan pin mungkin serasi, perbezaan dalam voltan hadapan, tingkah laku pensuisan, dan keperluan untuk penyejuk haba katod terpencil (jika reka bentuk asal mempunyai tab disambungkan kepada potensi bukan katod) mesti dikaji dengan teliti. Simulasi litar dan ujian sangat disyorkan.

Q: Apakah kepentingan parameter QC (Cas Kapasitif Jumlah)?

A: QC mewakili cas yang berkaitan dengan kapasitans simpang. Semasa pensuisan frekuensi tinggi, kapasitans ini mesti dicas dan dinyahcas setiap kitaran, mengakibatkan kehilangan pensuisan kapasitif berkadar dengan QC * V * f. Nilai QC rendah diode SiC ini meminimumkan kehilangan ini, yang menjadi ketara pada frekuensi yang sangat tinggi.

Q: Bagaimanakah pekali suhu positif VF menghalang pelarian haba dalam konfigurasi selari?

A: Jika satu diode dalam pasangan selari mula menarik lebih banyak arus, ia menjadi panas. VFnya meningkat disebabkan pekali suhu positif, yang seterusnya mengurangkan perbezaan voltan yang mendorong arus melaluinya berbanding diode yang lebih sejuk. Mekanisme maklum balas semula jadi ini menggalakkan arus beralih kembali ke diode yang lebih sejuk, menggalakkan keseimbangan.

Q: Apakah keperluan penyimpanan dan pengendalian?

A: Peranti harus disimpan dalam beg anti-statik dalam persekitaran dengan julat suhu -55°C hingga +175°C dan kelembapan rendah. Garis panduan piawai IPC/JEDEC untuk mengendalikan komponen sensitif lembapan (jika berkenaan) dan peranti sensitif ESD harus dipatuhi.