Dokumen Teknikal EL-SAF02065JA - Diod Schottky SiC 650V 20A Pakej TO-220-2L - Bahasa Melayu

1. Gambaran Keseluruhan Produk

EL-SAF02065JA ialah Diod Halangan Schottky Silikon Karbida (SiC) berprestasi tinggi yang direka untuk aplikasi elektronik kuasa yang mencabar. Dibungkus dalam pakej standard TO-220-2L, peranti ini memanfaatkan sifat bahan unggul SiC untuk memberikan kelebihan ketara berbanding diod berasaskan silikon tradisional, terutamanya dalam sistem penukaran kuasa frekuensi tinggi dan kecekapan tinggi.

Fungsi terasnya adalah untuk memberikan aliran arus sehala dengan kehilangan pensuisan dan cas pemulihan songsang yang minimum. Pasaran utama untuk komponen ini termasuk bekalan kuasa mod berubah (SMPS), penyongsang tenaga boleh diperbaharui, pemacu motor, dan bekalan kuasa tanpa gangguan (UPS) di mana kecekapan sistem, ketumpatan kuasa dan pengurusan terma adalah parameter reka bentuk kritikal.

2. Analisis Parameter Teknikal Mendalam

2.1 Ciri-ciri Elektrik

Parameter elektrik menentukan had operasi dan prestasi diod di bawah keadaan tertentu.

• Voltan Songsang Puncak Berulang (VRRM):650V. Ini adalah voltan songsang serta-merta maksimum yang boleh ditahan oleh diod secara berulang. Ia menentukan penarafan voltan untuk peranti dalam aplikasi seperti litar pembetulan faktor kuasa (PFC).
• Arus Hadapan Berterusan (IF):20A. Ini adalah arus hadapan purata maksimum yang boleh dikendalikan oleh diod secara berterusan, dihadkan oleh rintangan terma simpang-ke-kes dan suhu simpang maksimum.
• Voltan Hadapan (VF):Biasanya 1.5V pada IF=20A dan Tj=25°C, dengan maksimum 1.85V. Parameter ini memberi kesan langsung kepada kehilangan konduksi. Dokumen data juga menyatakan VF pada suhu simpang maksimum (Tj=175°C), yang penting untuk reka bentuk terma, menunjukkan nilai tipikal 1.9V.
• Arus Songsang (IR):Penunjuk utama kebocoran. Pada VR=520V, IR biasanya 4µA pada 25°C dan meningkat kepada 40µA pada 175°C. Kebocoran rendah ini menyumbang kepada kecekapan tinggi, terutamanya dalam mod siap sedia.
• Cas Kapasitif Jumlah (QC):Parameter kritikal untuk pengiraan kehilangan pensuisan. Pada VR=400V dan Tj=25°C, QC biasanya 30nC. Nilai rendah ini adalah ciri khas diod Schottky SiC dan bertanggungjawab untuk ciri "hampir tiada kehilangan pensuisan" berbanding diod simpang PN silikon dengan cas pemulihan songsang tinggi (Qrr).
• Arus Hadapan Tidak Berulang Surge (IFSM):51A untuk denyutan gelombang separuh sinus 10ms pada Tc=25°C. Penarafan ini menunjukkan keupayaan diod untuk mengendalikan peristiwa arus litar pintas atau inrush.

2.2 Ciri-ciri Terma

Pengurusan terma yang berkesan adalah penting untuk operasi yang boleh dipercayai dan mencapai prestasi dinilai.

• Suhu Simpang Maksimum (TJ):175°C. Ini adalah suhu maksimum mutlak yang boleh dicapai oleh simpang semikonduktor.
• Rintangan Terma, Simpang-ke-Kes (RθJC):2.0 °C/W (tipikal). Rintangan terma rendah ini adalah penting untuk pemindahan haba yang cekap dari die silikon karbida ke kes pakej dan seterusnya, ke penyejuk haba. Penyerakan kuasa (PD) disenaraikan sebagai 75W pada Tc=25°C, tetapi ini terutamanya dihadkan oleh TJ maksimum dan RθJC dalam aplikasi sebenar.
• Tork Pemasangan (Md):Ditentukan sebagai 8.8 Nm untuk skru M3 atau 6-32. Tork yang betul memastikan sentuhan terma optimum antara tab pakej dan penyejuk haba.

3. Analisis Lengkung Prestasi

Dokumen data menyediakan beberapa lengkung ciri penting untuk reka bentuk dan simulasi litar.

3.1 Ciri-ciri VF-IF

Graf ini memplot penurunan voltan hadapan terhadap arus hadapan, biasanya pada pelbagai suhu simpang (contohnya, 25°C, 125°C, 175°C). Ia menunjukkan pekali suhu positif VF, yang membantu dalam perkongsian arus apabila berbilang diod disambung secara selari, menghalang pelarian terma—satu kelebihan penting yang ditekankan dalam ciri-ciri.

3.2 Ciri-ciri VR-IR

Lengkung ini menggambarkan arus bocor songsang sebagai fungsi voltan songsang yang dikenakan, sekali lagi pada pelbagai suhu. Ia membantu pereka memahami kehilangan kuasa bocor di bawah keadaan operasi yang berbeza.

3.3 Ciri-ciri VR-Ct

Graf ini menunjukkan kapasitans simpang (Ct) berbanding voltan songsang (VR). Kapasitans berkurangan dengan peningkatan bias songsang (contohnya, dari ~513 pF pada 1V ke ~46 pF pada 400V). Kapasitans berubah-ubah ini mempengaruhi tingkah laku pensuisan frekuensi tinggi dan reka bentuk litar resonan.

3.4 Arus Hadapan Maksimum vs. Suhu Kes

Lengkung penurunan nilai ini menunjukkan bagaimana arus hadapan berterusan maksimum yang dibenarkan (IF) berkurangan apabila suhu kes (Tc) meningkat. Ia adalah asas untuk memilih penyejuk haba yang sesuai untuk memastikan diod beroperasi dalam kawasan operasi selamatnya (SOA).

3.5 Galangan Terma Sementara

Lengkung rintangan terma sementara (ZθJC) berbanding lebar denyut adalah kritikal untuk menilai prestasi terma di bawah keadaan arus denyut, yang biasa dalam aplikasi pensuisan. Ia membolehkan pengiraan suhu simpang puncak semasa peristiwa pensuisan.

4. Maklumat Mekanikal dan Pakej

4.1 Garis Lurus dan Dimensi Pakej

Peranti menggunakan pakej TO-220-2L (dua-pin) standard industri. Dimensi utama dari dokumen data termasuk:

• Panjang Keseluruhan (D): 15.6 mm (tipikal)
• Lebar Keseluruhan (E): 9.99 mm (tipikal)
• Tinggi Keseluruhan (A): 4.5 mm (tipikal)
• Jarak Pin (e1): 5.08 mm (BSC, Jarak Asas antara Pusat)
• Dimensi Lubang Pemasangan dan susun atur pad yang disyorkan untuk pemasangan permukaan bentuk pin juga disediakan, memastikan reka bentuk PCB yang betul untuk prestasi terma dan elektrik.

4.2 Konfigurasi Pin dan Kekutuban

Pinout ditakrifkan dengan jelas:

• Pin 1:Katod (K)
• Pin 2:Anod (A)
• Kes (Tab):Disambungkan secara elektrik kepada Katod (K). Ini adalah penting untuk pemasangan yang betul, kerana tab mesti diasingkan dari penyejuk haba jika penyejuk haba tidak berada pada potensi katod.

5. Panduan Aplikasi

5.1 Senario Aplikasi Biasa

• Pembetulan Faktor Kuasa (PFC) dalam SMPS:Pensuisan pantas dan Qc rendah diod menjadikannya sesuai untuk peringkat PFC boost, membolehkan frekuensi pensuisan lebih tinggi, komponen magnetik lebih kecil dan kecekapan yang lebih baik.
• Penyongsang Solar:Digunakan dalam peringkat boost atau sebagai diod roda bebas, menyumbang kepada kecekapan dan kebolehpercayaan penyongsang keseluruhan yang lebih tinggi.
• Bekalan Kuasa Tanpa Gangguan (UPS):Meningkatkan kecekapan dalam bahagian penyongsang dan penukar, mengurangkan kehilangan tenaga dan keperluan penyejukan.
• Pemacu Motor:Berfungsi sebagai diod roda bebas atau pengapit dalam jambatan penyongsang, membolehkan pensuisan IGBT atau MOSFET yang lebih pantas dan mengurangkan lonjakan voltan.
• Bekalan Kuasa Pusat Data:Dorongan untuk kecekapan tinggi (contohnya, 80 Plus Titanium) menjadikan diod SiC menarik untuk peringkat PFC dan penukaran DC-DC.

5.2 Pertimbangan Reka Bentuk

• Penyejuk Haba:Disebabkan tab disambungkan ke katod, pengasingan elektrik (menggunakan pad konduktif terma tetapi penebat elektrik) adalah wajib jika penyejuk haba tidak berada pada potensi yang sama dengan katod.
• Susun Atur PCB:Minimalkan induktansi parasit dalam gelung arus tinggi (terutamanya gelung yang dibentuk oleh suis, diod dan kapasitor) untuk mengurangkan lonjakan voltan semasa peralihan pensuisan.
• Pertimbangan Pemacu Get:Walaupun diod itu sendiri tidak mempunyai get, pensuisan pantasnya boleh mendorong dV/dt dan dI/dt tinggi dalam litar, yang mungkin menjejaskan pemanduan MOSFET atau IGBT yang berkaitan. Litar snubber atau rangkaian RC yang betul mungkin diperlukan dalam beberapa reka bentuk.
• Operasi Selari:Pekali suhu positif VF memudahkan perkongsian arus dalam konfigurasi selari. Walau bagaimanapun, simetri susun atur dan penyejuk haba yang sepadan masih disyorkan untuk prestasi optimum.

6. Perbandingan Teknikal dan Kelebihan

Berbanding diod pemulihan ultra-pantas silikon standard atau diod Schottky silikon (yang terhad kepada voltan lebih rendah, biasanya <200V), EL-SAF02065JA menawarkan kelebihan yang berbeza:

• Pemulihan Songsang Hampir Sifar:Mekanisme halangan Schottky asas dalam SiC menghapuskan masa penyimpanan pembawa minoriti yang terdapat dalam diod simpang PN, menghasilkan cas pemulihan songsang yang boleh diabaikan (Qc vs. Qrr). Ini mengurangkan kehilangan pensuisan dengan ketara.
• Operasi Suhu Tinggi:Jalur lebar SiC membolehkan suhu simpang maksimum 175°C, lebih tinggi daripada kebanyakan peranti silikon, meningkatkan kebolehpercayaan di bawah suhu ambien tinggi.
• Penarafan Voltan Tinggi:Bahan SiC membolehkan voltan pecah tinggi (650V di sini) sambil mengekalkan ciri keadaan hidup yang baik, gabungan yang sukar dicapai dengan diod Schottky silikon.
• Faedah Tahap Sistem:Seperti yang disenaraikan dalam ciri-ciri, ini diterjemahkan kepada operasi frekuensi lebih tinggi (komponen pasif lebih kecil), peningkatan ketumpatan kuasa, peningkatan kecekapan sistem dan potensi penjimatan pada saiz dan kos sistem penyejukan.

7. Soalan Lazim (FAQ)

S: Apakah perbezaan utama antara Qc dan Qrr?

J: Qc (Cas Kapasitif) adalah cas yang berkaitan dengan mengecas dan menyahcas kapasitans simpang diod Schottky. Qrr (Cas Pemulihan Songsang) adalah cas yang berkaitan dengan mengeluarkan pembawa minoriti tersimpan dalam diod simpang PN semasa pemadaman. Qc biasanya jauh lebih kecil dan menghasilkan kehilangan pensuisan yang lebih rendah.

S: Mengapakah kes disambungkan ke katod?

J: Ini adalah reka bentuk biasa dalam banyak diod kuasa dan transistor. Ia memudahkan pembinaan pakej dalaman dan menyediakan laluan arus tinggi, rendah induktansi untuk sambungan katod melalui tab pemasangan.

S: Bolehkah diod ini digunakan pada penarafan penuh 20A tanpa penyejuk haba?

J: Hampir pasti tidak. Dengan RθJC 2.0°C/W dan VF ~1.5V, penyerakan kuasa pada 20A akan menjadi lebih kurang 30W (P=Vf*If). Ini akan menyebabkan kenaikan suhu 60°C dari kes ke simpang (ΔT = P * RθJC). Tanpa penyejuk haba, suhu kes akan cepat meningkat ke arah maksimum, melebihi Tj,maks. Reka bentuk terma yang betul adalah penting.

S: Adakah litar snubber diperlukan untuk diod ini?

J: Disebabkan pensuisan pantas dan kapasitans rendahnya, deringan yang disebabkan oleh parasit litar (induktans dan kapasitans) boleh menjadi lebih ketara. Walaupun diod itu sendiri tidak memerlukan snubber, litar keseluruhan mungkin mendapat manfaat daripada snubber RC merentasi diod atau suis utama untuk meredam ayunan dan mengurangkan EMI.

8. Prinsip Operasi

Diod Schottky adalah peranti pembawa majoriti yang dibentuk oleh simpang logam-semikonduktor. Apabila voltan positif dikenakan pada semikonduktor (anod) berbanding logam (katod), elektron mengalir dengan mudah dari semikonduktor ke dalam logam, membenarkan konduksi hadapan dengan penurunan voltan yang agak rendah (biasanya 0.3-0.5V untuk silikon, 1.2-1.8V untuk SiC). VF yang lebih tinggi dalam SiC adalah disebabkan oleh jalur lebarnya yang lebih lebar. Di bawah bias songsang, potensi terbina dalam simpang menghalang aliran arus, dengan hanya arus bocor kecil disebabkan oleh pancaran termionik dan penerowongan kuantum. Ketiadaan suntikan dan penyimpanan pembawa minoriti adalah apa yang menghapuskan fenomena pemulihan songsang yang dilihat dalam diod simpang PN.

9. Trend Industri

Peranti kuasa Silikon Karbida (SiC) adalah teknologi pemudahcara utama untuk pengelektrikan dan peningkatan kecekapan berterusan merentasi pelbagai industri. Pasaran untuk diod dan transistor SiC berkembang pesat, didorong oleh permintaan dalam kenderaan elektrik (EV), infrastruktur pengecasan EV, tenaga boleh diperbaharui dan bekalan kuasa industri berkecekapan tinggi. Trend termasuk peningkatan penarafan voltan dan arus, peningkatan kebolehpercayaan dan hasil membawa kepada kos yang lebih rendah, dan integrasi diod SiC dengan MOSFET SiC dalam modul kuasa. Peranti yang diterangkan dalam dokumen data ini mewakili komponen matang dan diterima pakai secara meluas dalam peralihan teknologi yang lebih luas ke arah semikonduktor jalur lebar ini.