Dokumen Teknikal Bahasa Melayu: Diod Schottky SiC 650V Pakej TO-247-2L - Arus Hadapan 10A - Voltan Hadapan 1.48V - Suhu Simpang 175°C

1. Gambaran Keseluruhan Produk

Dokumen ini memperincikan spesifikasi untuk Diod Halangan Schottky (SBD) Silikon Karbida (SiC) berprestasi tinggi yang dibungkus dalam pakej TO-247-2L. Peranti ini direka untuk aplikasi elektronik kuasa yang memerlukan kecekapan tinggi, operasi frekuensi tinggi, dan prestasi terma yang unggul. Fungsi terasnya adalah untuk menyediakan aliran arus sehala dengan kehilangan pensuisan dan cas pemulihan songsang yang minimum, satu kelebihan ketara berbanding diod simpang PN silikon tradisional.

Penempatan utama komponen ini adalah dalam sistem penukaran kuasa termaju di mana kecekapan dan ketumpatan kuasa adalah kritikal. Kelebihan terasnya berasal daripada sifat asas Silikon Karbida, yang membolehkan operasi pada suhu, voltan, dan frekuensi pensuisan yang lebih tinggi berbanding peranti berasaskan silikon. Pasaran sasaran termasuk bekalan kuasa perindustrian, sistem tenaga boleh diperbaharui, dan aplikasi pemacu motor, di mana ciri-ciri ini secara langsung diterjemahkan kepada faedah di peringkat sistem.

2. Analisis Parameter Teknikal Mendalam

2.1 Penarafan Maksimum Mutlak

Penarafan maksimum mutlak menentukan had tekanan di mana kerosakan kekal pada peranti mungkin berlaku. Ini tidak bertujuan untuk operasi biasa.

• Voltan Songsang Puncak Berulang (VRRM):650V. Ini adalah voltan songsang serta-merta maksimum yang boleh digunakan secara berulang.
• Arus Hadapan Berterusan (IF):10A. Ini adalah arus DC maksimum yang boleh dihantar oleh diod secara berterusan, dihadkan oleh suhu simpang maksimum dan rintangan terma.
• Arus Lonjakan Tidak Berulang (IFSM):30A. Penarafan ini menunjukkan keupayaan diod untuk menahan satu peristiwa beban lampau arus tinggi (gelombang separa sinus 10ms) tanpa kegagalan, yang penting untuk mengendalikan arus masuk atau keadaan kerosakan.
• Suhu Simpang (TJ):175°C. Suhu maksimum yang dibenarkan untuk simpang semikonduktor itu sendiri.
• Suhu Penyimpanan (TSTG):-55°C hingga +175°C.

2.2 Ciri-ciri Elektrik

Parameter ini menentukan prestasi peranti di bawah keadaan ujian yang ditetapkan.

• Voltan Hadapan (VF):Biasanya 1.48V pada IF=10A, TJ=25°C, dengan maksimum 1.85V. VF rendah ini adalah ciri utama diod Schottky SiC, membawa kepada pengurangan kehilangan konduksi. Perhatikan bahawa VF meningkat dengan suhu, mencapai kira-kira 1.9V pada TJ=175°C.
• Arus Bocor Songsang (IR):Biasanya 2µA pada VR=520V, TJ=25°C, dengan maksimum 60µA. Kebocoran meningkat dengan suhu, satu ciri yang mesti dipertimbangkan dalam reka bentuk suhu tinggi.
• Cas Kapasitif Jumlah (QC):15nC (biasa) pada VR=400V. Ini adalah parameter kritikal untuk pengiraan kehilangan pensuisan. Nilai QC yang rendah menandakan bahawa sangat sedikit tenaga disimpan dalam kapasitans simpang diod, yang mesti disebarkan semasa setiap kitaran pensuisan, membawa kepada "secara dasarnya tiada kehilangan pensuisan" seperti yang dinyatakan dalam faedah.
• Tenaga Tersimpan Kapasitans (EC):2.2µJ (biasa) pada VR=400V. Ini adalah tenaga yang disimpan dalam kapasitans diod pada voltan yang ditentukan, berkaitan secara langsung dengan QC.

2.3 Ciri-ciri Terma

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

• Rintangan Terma, Simpang-ke-Kes (RθJC):1.7°C/W (biasa). Nilai rendah ini menunjukkan pemindahan haba yang sangat baik dari die semikonduktor ke kes peranti, membolehkan haba dikeluarkan dengan cekap melalui penyejuk haba yang dipasang pada kes. Jumlah penyebaran kuasa (PD) dinilai 88W pada TC=25°C diperoleh daripada parameter ini dan suhu simpang maksimum.

3. Analisis Lengkung Prestasi

Dokumen data teknikal termasuk beberapa lengkung ciri yang penting untuk jurutera reka bentuk.

3.1 Ciri-ciri VF-IF

Graf ini memplot voltan hadapan terhadap arus hadapan, biasanya pada pelbagai suhu simpang (contohnya, 25°C dan 175°C). Ia secara visual menunjukkan penurunan voltan hadapan yang rendah dan pekali suhu positifnya. Pekali suhu positif adalah sifat yang bermanfaat untuk operasi selari, kerana ia menggalakkan perkongsian arus dan mencegah pelarian terma.

3.2 Ciri-ciri VR-IR

Lengkung ini menunjukkan hubungan antara voltan songsang dan arus bocor songsang, sekali lagi pada suhu yang berbeza. Ia menekankan bagaimana arus bocor kekal agak rendah sehingga menghampiri kawasan pecah dan bagaimana ia meningkat secara eksponen dengan suhu.

3.3 Ciri-ciri VR-Ct

Graf ini menggambarkan bagaimana kapasitans jumlah (Ct) diod berkurangan dengan peningkatan voltan pincang songsang (VR). Kapasitans bukan linear ini adalah faktor utama dalam tingkah laku pensuisan frekuensi tinggi.

3.4 Arus Hadapan Maksimum lwn. Suhu Kes

Lengkung penyahkadaratan ini menunjukkan bagaimana arus hadapan berterusan maksimum yang dibenarkan (IF) berkurangan apabila suhu kes (TC) meningkat. Ia adalah alat penting untuk menentukan prestasi penyejuk haba yang diperlukan untuk arus aplikasi tertentu.

3.5 Galangan Terma Sementara

Lengkung rintangan terma sementara lwn. lebar denyut (ZθJC lwn. PW) adalah penting untuk menilai prestasi terma di bawah keadaan arus berdenyut. Ia menunjukkan bahawa untuk denyut yang sangat pendek, rintangan terma berkesan adalah lebih rendah daripada RθJC keadaan mantap, membolehkan arus puncak yang lebih tinggi.

4. Maklumat Mekanikal dan Pakej

4.1 Konfigurasi Pin dan Kekutuban

Peranti menggunakan pakej TO-247-2L dengan dua pendawaian. Pin 1 adalah Katod (K) dan Pin 2 adalah Anod (A). Penting untuk diperhatikan, tab logam atau kes pakej disambungkan secara elektrik ke Katod. Ini mesti dipertimbangkan dengan teliti semasa pemasangan untuk mengelakkan litar pintas, kerana kes mesti diasingkan dari penyejuk haba melainkan penyejuk haba berada pada potensi katod.

4.2 Dimensi dan Garis Luar Pakej

Lukisan mekanikal terperinci disediakan dengan semua dimensi kritikal dalam milimeter. Ini termasuk panjang keseluruhan, lebar, tinggi, jarak pendawaian, diameter pendawaian, dan dimensi lubang pemasangan dalam tab. Pematuhan kepada dimensi ini adalah perlu untuk reka bentuk tapak kaki PCB dan pemasangan mekanikal yang betul.

4.3 Susun Atur Pad PCB yang Disyorkan

Tapak kaki yang dicadangkan untuk pemasangan permukaan pendawaian (selepas dibentuk) disertakan, menentukan saiz, bentuk, dan jarak pad untuk memastikan pateri yang boleh dipercayai dan kekuatan mekanikal.

5. Garis Panduan Pemasangan dan Pengendalian

5.1 Tork Pemasangan

Tork pemasangan yang ditetapkan untuk skru yang digunakan untuk memasang peranti ke penyejuk haba adalah 8.8 N·m (atau setara dalam lbf-in) untuk skru M3 atau 6-32. Menggunakan tork yang betul memastikan sentuhan terma optimum tanpa merosakkan pakej.

5.2 Keadaan Penyimpanan

Peranti harus disimpan dalam julat suhu penyimpanan yang ditetapkan -55°C hingga +175°C dalam persekitaran kering dan tidak menghakis. Langkah berjaga-jaga ESD (Nyahcas Elektrostatik) standard harus dipatuhi semasa pengendalian, kerana halangan Schottky sensitif kepada kerosakan elektrostatik.

6. Cadangan Aplikasi

6.1 Litar Aplikasi Biasa

• Pembetulan Faktor Kuasa (PFC):Digunakan sebagai diod penggalak dalam litar PFC mod konduksi berterusan (CCM). Pensuisan pantas dan QC rendahnya meminimumkan kehilangan tutup, membolehkan frekuensi pensuisan yang lebih tinggi, yang mengurangkan saiz komponen magnetik.
• Penyongsang Solar:Digunakan dalam peringkat penggalak atau dalam jambatan penyongsang. Kecekapan tinggi mengurangkan kehilangan kuasa, dan keupayaan suhu tinggi meningkatkan kebolehpercayaan dalam persekitaran luar.
• Pemacu Motor:Digunakan dalam kedudukan diod roda bebas atau pengapit dalam jambatan penyongsang yang memandu motor. Ketiadaan arus pemulihan songsang mengurangkan lonjakan voltan dan EMI, dan meningkatkan kecekapan pemacu.
• Bekalan Kuasa Tidak Terputus (UPS) & Bekalan Kuasa Pusat Data:Faedah yang sama berlaku dalam peringkat penukaran kuasa ketumpatan tinggi dan kecekapan tinggi sistem ini.

6.2 Pertimbangan Reka Bentuk Kritikal

• Penyejukan Haba:Disebabkan keupayaan penyebaran kuasa yang tinggi, penyejukan haba yang betul adalah wajib untuk operasi pada arus tinggi. Rintangan terma dari kes ke ambien (RθCA) yang disediakan oleh penyejuk haba mesti dikira berdasarkan suhu ambien maksimum, kehilangan kuasa, dan margin suhu simpang yang dikehendaki.
• Peranti Selari:Pekali suhu positif VF memudahkan perkongsian arus apabila berbilang diod disambungkan secara selari. Walau bagaimanapun, susun atur yang teliti untuk memastikan aruhan dan rintangan parasit simetri masih disyorkan untuk perkongsian optimum.
• Litar Snubber:Walaupun diod secara dasarnya tiada pemulihan songsang, aruhan parasit litar masih boleh menyebabkan lonjakan voltan semasa tutup. Litar snubber atau susun atur yang teliti untuk meminimumkan aruhan gelung mungkin diperlukan dalam aplikasi di/dt yang sangat tinggi.
• Pertimbangan Pemacu Gerbang (untuk suis berkaitan):Pensuisan pantas diod ini boleh membawa kepada di/dt dan dv/dt yang tinggi, yang boleh menyebabkan gandingan bunyi ke dalam litar pemacu gerbang. Perisai dan susun atur pemacu gerbang yang betul adalah penting.

7. Perbandingan Teknikal dan Kelebihan

Berbanding diod pemulihan pantas (FRD) silikon standard atau bahkan diod Schottky halangan simpang (JBS) silikon karbida, diod Schottky SiC ini menawarkan kelebihan yang berbeza:

• Pemulihan Songsang Sifar:Halangan Schottky adalah peranti pembawa majoriti, menghapuskan masa penyimpanan pembawa minoriti dan arus pemulihan songsang (Qrr) serta kehilangan yang dilihat dalam diod simpang PN. Ini adalah kelebihan paling ketaranya.
• Suhu Operasi Lebih Tinggi:Bahan SiC membolehkan suhu simpang maksimum 175°C, lebih tinggi daripada diod silikon biasa, membolehkan operasi dalam persekitaran yang lebih keras atau dengan penyejuk haba yang lebih kecil.
• Penurunan Voltan Hadapan Lebih Rendah:Pada arus operasi biasa, VF adalah lebih rendah daripada FRD silikon dengan penarafan voltan setanding, mengurangkan kehilangan konduksi.
• Keupayaan Frekuensi Pensuisan Lebih Tinggi:Gabungan QC rendah dan tiada Qrr membolehkan operasi cekap pada frekuensi yang jauh lebih tinggi, yang secara langsung membawa kepada komponen pasif (induktor, kapasitor) yang lebih kecil dan peningkatan ketumpatan kuasa.

8. Soalan Lazim (FAQ)

8.1 Apakah maksud "secara dasarnya tiada kehilangan pensuisan"?

Ia merujuk kepada kehilangan pemulihan songsang yang boleh diabaikan. Walaupun masih terdapat kehilangan pensuisan kapasitif (berkaitan dengan QC dan EC), ketiadaan lengkap kehilangan pemulihan songsang yang jauh lebih besar yang dikaitkan dengan diod silikon bermakna jumlah kehilangan pensuisan adalah jauh lebih rendah, selalunya satu magnitud kurang.

8.2 Mengapakah kes disambungkan ke katod?

Ini adalah reka bentuk biasa dalam pakej kuasa untuk memudahkan ikatan dalaman dan meningkatkan prestasi terma. Ia bermakna penyejuk haba mesti diasingkan secara elektrik dari selebihnya sistem melainkan ia sengaja dikekalkan pada potensi katod. Mesin basuh penebat dan bahan antara muka terma dengan kekuatan dielektrik tinggi diperlukan.

8.3 Bagaimanakah saya mengira kehilangan kuasa dalam diod ini?

Jumlah kehilangan kuasa (PD) adalah jumlah kehilangan konduksi dan kehilangan pensuisan. Kehilangan konduksi = IF(PURATA) * VF. Kehilangan pensuisan ≈ (1/2) * C * V^2 * f (untuk kehilangan kapasitif), di mana C adalah kapasitans berkesan, V adalah voltan sekatan, dan f adalah frekuensi pensuisan. Komponen kehilangan Qrr adalah sifar.

8.4 Bolehkah saya menggunakan diod ini untuk menggantikan diod silikon secara langsung?

Secara elektrik, dari segi penarafan voltan dan arus, selalunya ya. Walau bagaimanapun, pensuisan yang lebih pantas boleh mendedahkan parasit litar, berpotensi menyebabkan lonjakan voltan yang lebih tinggi. Pemacu gerbang peranti pensuisan berkaitan (contohnya, MOSFET) mungkin perlu dikaji semula untuk kekebalan bunyi. Reka bentuk terma juga harus dinilai semula kerana profil kehilangan adalah berbeza.

9. Kajian Kes Reka Bentuk dan Penggunaan

Senario:Menaik taraf peringkat penggalak Pembetulan Faktor Kuasa (PFC) Mod Konduksi Berterusan (CCM) 2kW dari diod ultra pantas silikon kepada diod Schottky SiC ini. Reka bentuk asal beroperasi pada 100kHz.

Analisis:Diod silikon mempunyai Qrr 50nC dan VF 1.8V. Kehilangan pensuisan adalah ketara. Dengan menggantikannya dengan diod SiC (QC=15nC, VF=1.48V), penambahbaikan berikut dicapai:

1. Pengurangan Kehilangan Pensuisan:Kehilangan Qrr dihapuskan. Kehilangan pensuisan kapasitif dikurangkan disebabkan QC yang lebih rendah.
2. Pengurangan Kehilangan Konduksi:VF yang lebih rendah mengurangkan kehilangan konduksi kira-kira 18% untuk purata arus yang sama.
3. Potensi Peningkatan Frekuensi:Jumlah kehilangan pensuisan yang jauh lebih rendah membolehkan pereka bentukmeningkatkan frekuensi pensuisankepada 200-300kHz. Ini mengurangkan saiz dan berat induktor penggalak dan komponen penapis EMI hampir 50%, secara langsung mencapai "peningkatan ketumpatan kuasa."
4. Pengurusan Terma:Jumlah kehilangan kuasa dalam diod adalah lebih rendah. Digabungkan dengan penarafan suhu simpang yang lebih tinggi, ini boleh membolehkan pengurangan saiz penyejuk haba ("pengurangan keperluan penyejuk haba"), seterusnya menjimatkan kos dan ruang.

Keputusan:Kecekapan sistem bertambah baik sebanyak 1-2% pada beban penuh, ketumpatan kuasa meningkat, dan kos sistem mungkin berkurangan disebabkan komponen magnetik dan penyejukan yang lebih kecil.

10. Pengenalan Prinsip Operasi

Diod Schottky dibentuk oleh simpang logam-semikonduktor, tidak seperti simpang semikonduktor P-N diod standard. Dalam diod Schottky SiC ini, sentuhan logam dibuat terus ke Silikon Karbida jenis-n. Ini mencipta halangan Schottky yang membolehkan arus mengalir dengan mudah dalam arah hadapan apabila pincang positif dikenakan pada logam (anod) berbanding semikonduktor (katod).

Perbezaan operasi utama terletak pada pemulihan songsang. Dalam diod PN, mematikannya memerlukan penyingkiran pembawa minoriti tersimpan (proses yang dipanggil pemulihan songsang), yang mengambil masa dan mencipta denyut arus songsang yang ketara. Dalam diod Schottky, arus dibawa hanya oleh pembawa majoriti (elektron dalam SiC jenis-n). Apabila voltan menyongsang, pembawa ini disapu hampir serta-merta, mengakibatkan tiada masa penyimpanan pembawa minoriti dan dengan itu "pemulihan songsang sifar." Prinsip asas inilah yang membolehkan pensuisan berkelajuan tinggi dan kehilangan pensuisan rendah.

11. Trend Teknologi

Peranti kuasa Silikon Karbida mewakili trend utama dalam elektronik kuasa, membolehkan peralihan dari komponen berasaskan silikon tradisional. Pendorong pasaran adalah desakan global untuk kecekapan tenaga yang lebih tinggi, peningkatan ketumpatan kuasa, dan pengelektrikan pengangkutan dan industri.

Evolusi diod Schottky SiC memberi tumpuan kepada beberapa bidang utama: mengurangkan lagi rintangan hidup spesifik (yang diterjemahkan kepada VF yang lebih rendah), meningkatkan kebolehpercayaan dan kestabilan antara muka logam-semikonduktor Schottky pada suhu tinggi, meningkatkan penarafan voltan kepada 1.2kV, 1.7kV dan ke atas untuk aplikasi voltan sederhana, dan mengurangkan kapasitans peranti (Coss, QC) untuk membolehkan frekuensi pensuisan multi-MHz. Integrasi adalah trend lain, dengan pembungkusan bersama diod Schottky SiC dengan MOSFET SiC ke dalam modul untuk mencipta peringkat kuasa yang sangat cekap dan pantas pensuisan. Apabila volum pembuatan meningkat dan kos menurun, teknologi SiC secara beransur-ansur bergerak dari aplikasi premium ke produk penukaran kuasa arus perdana.