Dokumen Teknikal Bahasa Inggeris - Spesifikasi Diode SiC Schottky TO-247-2L - 650V, 4A, 1.4V Voltan Hadapan - Dimensi Pakej 15.6x10.0x4.5mm

1. Gambaran Keseluruhan Produk

Dokumen ini memperincikan spesifikasi untuk Diode Halangan Schottky (SBD) Silikon Karbida (SiC) berprestasi tinggi yang dibungkus dalam pakej TO-247-2L. Peranti ini direka untuk aplikasi penukaran kuasa voltan tinggi dan frekuensi tinggi di mana kecekapan, pengurusan terma, dan kelajuan pensuisan adalah kritikal. Dengan menggunakan teknologi SiC, diode ini menawarkan kelebihan yang ketara berbanding rakan sejawat berasaskan silikon tradisional, terutamanya dalam mengurangkan kehilangan pensuisan dan membolehkan frekuensi operasi yang lebih tinggi.

Fungsi teras komponen ini adalah untuk menyediakan aliran arus sehala dengan kejatuhan voltan yang minimum dan cas pemulihan songsang yang hampir sifar. Peranan utamanya adalah dalam litar yang memerlukan pensuisan pantas dan kecekapan tinggi, seperti bekalan kuasa mod suis (SMPS), penyongsang, dan pemacu motor. Prinsip operasi asas bergantung pada simpang logam-semikonduktor halangan Schottky, yang, apabila difabrikasi dengan Silikon Karbida, membolehkan voltan pecah yang tinggi sambil mengekalkan kejatuhan voltan hadapan yang rendah dan prestasi suhu tinggi yang cemerlang.

2. Analisis Parameter Teknikal Mendalam

2.1 Ciri-ciri Elektrik

Parameter elektrik menentukan batasan operasi dan prestasi diode di bawah pelbagai keadaan.

• Voltan Songsang Puncak Berulang Maksimum (VRRM):650V. Ini adalah voltan songsang serta-merta maksimum yang boleh ditahan oleh diode secara berulang. Ia menentukan penarafan voltan untuk peranti dalam aplikasi seperti peringkat pembetulan faktor kuasa (PFC) yang beroperasi daripada bekalan utama 230VAC yang diselaraskan.
• Arus Hadapan Berterusan (IF):4A. Ini adalah arus hadapan purata maksimum yang boleh dikendalikan oleh diode secara berterusan, yang dihadkan oleh ciri-ciri termanya. Arus sebenar yang boleh digunakan bergantung pada penyejuk haba dan suhu ambien.
• Voltan Hadapan (VF):Biasanya 1.4V pada IF=4A dan TJ=25°C, dengan maksimum 1.75V. Parameter ini adalah penting untuk mengira kehilangan konduksi (Pcond = VF * IF). VF yang rendah adalah kelebihan utama teknologi SiC Schottky, yang secara langsung menyumbang kepada kecekapan sistem yang lebih tinggi.
• Arus Bocor Songsang (IR):Maksimum 25 µA pada VR=520V dan TJ=25°C. Arus bocor yang rendah ini meminimumkan kehilangan kuasa dalam keadaan mati.
• Jumlah Cas Kapasitif (QC):6.4 nC (biasa) pada VR=400V. Ini adalah parameter kritikal untuk pensuisan frekuensi tinggi. Nilai QC yang rendah menunjukkan bahawa sangat sedikit cas yang perlu dipindahkan semasa setiap kitaran pensuisan, mengakibatkan kehilangan pensuisan yang jauh lebih rendah berbanding dengan diode simpang PN silikon atau bahkan diode badan MOSFET silikon karbida.
• Tenaga Tersimpan Kapasitans (EC):1 µJ (biasa) pada VR=400V. Tenaga ini diserap semasa setiap peristiwa hidup dan adalah sebahagian daripada pengiraan jumlah kehilangan pensuisan.

2.2 Ciri-ciri Terma

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

• Suhu Simpang Maksimum (TJ,max):175°C. Ini adalah suhu maksimum mutlak yang boleh dicapai oleh simpang semikonduktor. Beroperasi berhampiran had ini akan mengurangkan jangka hayat dan kebolehpercayaan.
• Rintangan Terma, Simpang-ke-Kes (RθJC):4.5 °C/W (biasa). Rintangan terma yang rendah ini menunjukkan pemindahan haba yang cekap dari cip silikon ke kes pakej. Ia adalah sifat tetap peranti. Jumlah rintangan terma dari simpang ke ambien (RθJA) adalah jumlah RθJC, rintangan bahan antara muka terma, dan rintangan penyejuk haba. RθJC yang rendah membolehkan penyejuk haba yang lebih kecil atau penyebaran kuasa yang lebih tinggi.
• Jumlah Penyebaran Kuasa (PD):33 W pada TC=25°C. Penarafan ini diperoleh daripada rintangan terma dan suhu simpang maksimum. Dalam praktiknya, penyebaran kuasa yang dibenarkan berkurangan apabila suhu kes meningkat.

2.3 Had Maksimum dan Had Mutlak

Ini adalah had tekanan yang tidak boleh dilampaui di bawah sebarang keadaan untuk mengelakkan kerosakan kekal.

• Arus Hadapan Bukan Berulang Surge (IFSM):19A untuk gelombang separuh sinus 10ms pada TC=25°C. Penarafan ini menentukan keupayaan diode untuk mengendalikan beban lampau jangka pendek, seperti arus masuk semasa permulaan kuasa.
• Suhu Penyimpanan (TSTG):-55°C hingga +175°C.
• Tork Pemasangan:0.8 hingga 8.8 N·m untuk skru M3 atau 6-32. Tork yang betul memastikan sentuhan terma yang baik antara tab pakej dan penyejuk haba.

3. Analisis Lengkung Prestasi

Spesifikasi ini termasuk beberapa graf ciri yang penting untuk reka bentuk terperinci.

3.1 Ciri-ciri VF-IF

Graf ini menunjukkan hubungan antara kejatuhan voltan hadapan dan arus hadapan pada suhu simpang yang berbeza. Pemerhatian utama: VF mempunyai pekali suhu negatif; ia berkurangan sedikit apabila suhu meningkat. Ciri ini membantu mengelakkan pelarian terma apabila berbilang peranti disambung selari, kerana peranti yang lebih panas akan mengalirkan sedikit lebih banyak arus, menggalakkan perkongsian arus.

3.2 Ciri-ciri VR-IR

Lengkung ini memplot arus bocor songsang terhadap voltan songsang pada suhu yang berbeza. Ia menunjukkan bahawa arus bocor meningkat secara eksponen dengan kedua-dua voltan dan suhu. Pereka bentuk mesti memastikan voltan songsang operasi menyediakan margin yang mencukupi di bawah VRRM, terutamanya pada suhu ambien yang tinggi.

3.3 Arus Hadapan Maksimum vs. Suhu Kes

Lengkung penurunan nilai ini menunjukkan bagaimana arus hadapan berterusan maksimum yang dibenarkan berkurangan apabila suhu kes meningkat. Ia adalah aplikasi langsung rintangan terma dan suhu simpang maksimum. Sebagai contoh, untuk beroperasi pada 4A penuh, suhu kes mesti dikekalkan pada atau di bawah 25°C, yang biasanya memerlukan penyejukan aktif.

3.4 Impedans Terma Sementara

Graf ini adalah penting untuk menilai prestasi terma semasa operasi berdenyut. Ia menunjukkan bahawa untuk lebar denyut yang sangat pendek (contohnya, kurang daripada 1ms), impedans terma berkesan dari simpang ke kes adalah jauh lebih rendah daripada RθJC keadaan mantap. Ini membolehkan peranti mengendalikan kuasa puncak yang lebih tinggi dalam aplikasi pensuisan di mana kitar tugas adalah rendah.

4. Maklumat Mekanikal dan Pakej

4.1 Dimensi Pakej (TO-247-2L)

Peranti ini menggunakan pakej TO-247-2L standard dengan dua pin. Dimensi utama termasuk:

• Panjang keseluruhan (D): 15.6 mm (biasa)
• Lebar keseluruhan (E): 9.99 mm (biasa)
• Ketinggian keseluruhan (A): 4.5 mm (biasa)
• Jarak pin (e1): 5.08 mm (asas)
• Jarak lubang pemasangan (E3): 8.70 mm (rujukan)

Pakej ini mempunyai lubang pemasangan terpencil, bermakna tab logam (kes) disambungkan secara elektrik ke katod. Ini mesti dipertimbangkan semasa reka bentuk penyejuk haba dan penebatan elektrik.

4.2 Konfigurasi Pin dan Polarity

Susunan pin ditakrifkan dengan jelas:

• Pin 1: Katod (K)
• Pin 2: Anod (A)
• Kes (Tab Logam): Disambungkan ke Katod (K)

Polariti yang betul adalah penting. Membalikkan bias diode semasa pemasangan akan menyebabkan kegagalan serta-merta apabila kuasa digunakan.

4.3 Corak Pateri PCB yang Disyorkan

Corak pateri yang dicadangkan untuk pemasangan permukaan pin disediakan, termasuk dimensi pad dan jarak untuk memastikan pembentukan sendi pateri yang betul dan kestabilan mekanikal.

5. Garis Panduan Aplikasi

5.1 Litar Aplikasi Biasa

Diode ini sangat sesuai untuk beberapa topologi elektronik kuasa utama:

• Pembetulan Faktor Kuasa (PFC):Digunakan sebagai diode penggalak dalam litar PFC mod konduksi berterusan (CCM) atau mod peralihan (TM). Pensuisan pantas dan QC rendahnya meminimumkan kehilangan pada frekuensi pensuisan tinggi (contohnya, 65-100 kHz), meningkatkan kecekapan bekalan kuasa keseluruhan.
• Penyongsang Solar:Digunakan dalam pautan DC atau sebagai diode roda bebas dalam jambatan penyongsang. Keupayaan suhu tinggi dan kecekapan adalah kritikal untuk memaksimumkan penuaian tenaga dan kebolehpercayaan dalam persekitaran luar.
• Bekalan Kuasa Tidak Terputus (UPS):Digunakan dalam peringkat penerus dan penyongsang untuk meningkatkan kecekapan dan ketumpatan kuasa.
• Pemacu Motor:Bertindak sebagai diode roda bebas atau pengapit dalam jambatan IGBT atau MOSFET, membolehkan pensuisan yang lebih pantas dan mengurangkan lonjakan voltan.
• Bekalan Kuasa Pusat Data:Kecekapan tinggi secara langsung diterjemahkan kepada kos operasi yang lebih rendah dan keperluan penyejukan yang dikurangkan dalam persekitaran pelayan berketumpatan tinggi.

5.2 Pertimbangan Reka Bentuk dan Amalan Terbaik

• Reka Bentuk Terma:Sentiasa kira penyejuk haba yang diperlukan berdasarkan penyebaran kuasa kes terburuk (Pcond + Psw) dan suhu ambien maksimum. Gunakan bahan antara muka terma (TIM) dengan rintangan terma rendah. Tork pemasangan mesti berada dalam julat yang ditentukan.
• Pengiraan Kehilangan Pensuisan:Walaupun kehilangan pemulihan songsang boleh diabaikan, kehilangan pensuisan kapasitif (Psw_cap = 0.5 * C * V^2 * f) mesti dikira menggunakan ciri-ciri C-V dan frekuensi serta voltan pensuisan sebenar.
• Menyambung Peranti Selari:Pekali suhu negatif VF memudahkan perkongsian arus. Walau bagaimanapun, untuk keseimbangan optimum, pastikan susun atur PCB simetri, kesan/panjang pin yang sama, dan penyejuk haba biasa.
• Tekanan Voltan:Sertakan litar snubber atau peredam RC jika perlu untuk mengawal lonjakan voltan yang disebabkan oleh induktansi parasit dalam gelung litar, terutamanya apabila beralih pada kadar di/dt yang tinggi.
• Pertimbangan Pemacu Gerbang (untuk suis berkaitan):Pensuisan pantas diode ini boleh menyebabkan dv/dt tinggi yang mungkin mengganding ke dalam litar pemacu gerbang. Susun atur dan perisai yang betul adalah penting.

6. Perbandingan Teknikal dan Kelebihan

Berbanding dengan diode pemulihan pantas (FRD) silikon standard atau bahkan diode PN silikon, diode SiC Schottky ini menawarkan kelebihan yang berbeza:

• Pemulihan Songsang Pada Asasnya Sifar:Mekanisme halangan Schottky tidak mempunyai penyimpanan pembawa minoriti, menghapuskan arus pemulihan songsang (Qrr) dan kehilangan pensuisan yang berkaitan. Ini adalah kelebihan paling ketaranya.
• Suhu Operasi Lebih Tinggi:Bahan SiC boleh beroperasi dengan boleh dipercayai pada suhu simpang sehingga 175°C, berbanding 150°C atau lebih rendah untuk banyak peranti silikon.
• Frekuensi Pensuisan Lebih Tinggi:Ketiadaan Qrr dan QC rendah membolehkan operasi pada frekuensi jauh melebihi 100 kHz, membolehkan komponen magnetik yang lebih kecil (induktor, transformer) dan peningkatan ketumpatan kuasa.
• Kecekapan Sistem yang Lebih Baik:Kehilangan konduksi yang lebih rendah (daripada VF rendah) dan kehilangan pensuisan hampir sifar secara langsung meningkatkan kecekapan penukar merentasi julat beban.
• Keperluan Penyejukan yang Dikurangkan:Kecekapan yang lebih tinggi dan prestasi suhu tinggi yang lebih baik boleh membawa kepada penyejuk haba yang lebih kecil, kos lebih rendah atau bahkan penyejukan pasif dalam beberapa aplikasi.

7. Soalan Lazim (FAQ)

7.1 Bolehkah diode ini digunakan sebagai pengganti untuk diode silikon dalam reka bentuk sedia ada?

Walaupun secara elektrik ia mungkin berfungsi, penggantian langsung tidak selalu mudah. Pensuisan yang lebih pantas boleh menyebabkan peningkatan gangguan elektromagnet (EMI) disebabkan oleh dv/dt dan di/dt yang lebih tinggi. Susun atur dan rangkaian snubber mungkin perlu dinilai semula. Tambahan pula, pemacu gerbang peranti pensuisan yang menyertainya (contohnya, MOSFET) mungkin terjejas oleh kehilangan pensuisan yang dikurangkan dan bentuk gelombang voltan/arus yang berbeza.

7.2 Mengapakah voltan hadapan (1.4V) lebih tinggi daripada diode Schottky silikon biasa?

Diode Schottky silikon mempunyai ketinggian halangan yang lebih rendah, membawa kepada nilai VF sekitar 0.3-0.7V, tetapi voltan pecah mereka biasanya terhad kepada di bawah 200V. Jurang jalur yang lebih tinggi Silikon Karbida membolehkan voltan pecah yang jauh lebih tinggi (650V dalam kes ini) tetapi menghasilkan potensi terbina dalam yang lebih tinggi dan seterusnya kejatuhan voltan hadapan yang lebih tinggi. Ini adalah pertukaran asas dalam fizik bahan.

7.3 Bagaimanakah cara untuk menyambung selari diode-diode ini untuk arus yang lebih tinggi?

Pekali suhu negatif membantu dalam perkongsian arus. Untuk hasil terbaik: 1) Pasang peranti pada penyejuk haba biasa untuk menyamakan suhu kes. 2) Pastikan susun atur PCB simetri dengan panjang dan impedans kesan yang sama untuk setiap anod dan katod. 3) Pertimbangkan untuk menambah perintang siri kecil atau gandingan magnet untuk perkongsian paksa dalam aplikasi kritikal, walaupun selalunya ini tidak diperlukan disebabkan oleh ciri VF.

7.4 Apakah kepentingan parameter "Jumlah Cas Kapasitif (QC)"?

QC mewakili jumlah cas yang berkaitan dengan kapasitans simpang diode apabila dicas kepada voltan tertentu (400V di sini). Semasa hidup suis lawan dalam litar (contohnya, MOSFET dalam penukar penggalak), cas ini secara efektif dipintas melalui suis, menyebabkan lonjakan arus dan kehilangan tenaga. QC rendah (6.4nC) bermakna kehilangan ini sangat kecil, menyumbang kepada keupayaan pensuisan berkelajuan tinggi diode.

8. Trend Industri dan Perkembangan Masa Depan

Peranti kuasa Silikon Karbida, termasuk diode Schottky dan MOSFET, adalah segmen yang berkembang pesat dalam industri elektronik kuasa. Trend ini didorong oleh dorongan global untuk kecekapan tenaga yang lebih tinggi, bekalan kuasa padat, dan pengelektrikan pengangkutan (EV). Perkembangan utama termasuk:

• Penarafan Voltan Lebih Tinggi:Peranti dengan penarafan 1200V dan 1700V menjadi lebih biasa, menyasarkan aplikasi seperti penyongsang tarikan kenderaan elektrik dan pemacu motor industri.
• RθJC Lebih Rendah dan Pakej yang Diperbaiki:Teknologi pakej baru (contohnya, ikatan terus kuprum, lampiran cip yang diperbaiki) mengurangkan rintangan terma, membolehkan ketumpatan kuasa yang lebih tinggi.
• Integrasi:Terdapat trend ke arah pembungkusan bersama diode SiC Schottky dengan MOSFET SiC dalam modul untuk mencipta sel pensuisan yang dioptimumkan dengan induktansi parasit yang minimum.
• Pengurangan Kos:Apabila pembuatan wafer meningkat dan ketumpatan kecacatan berkurangan, premium kos SiC berbanding silikon semakin berkurangan, meluaskan penggunaannya melangkaui aplikasi premium.

Peranti yang diterangkan dalam spesifikasi ini mewakili titik yang matang dan diterima pakai secara meluas dalam lengkung teknologi ini, menawarkan keseimbangan yang menarik antara prestasi, kebolehpercayaan, dan kos untuk pelbagai tugas penukaran kuasa berkecekapan tinggi.