Dokumen Teknikal Diod Schottky SiC TO-252-3L - 650V, 16A, 1.5V - Pakej 6.6x9.84x1.52mm

1. Gambaran Keseluruhan Produk

Dokumen ini memperincikan spesifikasi untuk Diod Halangan Schottky (SBD) Silikon Karbida (SiC) berprestasi tinggi dalam pakej permukaan TO-252-3L (DPAK). Peranti ini direka untuk aplikasi penukaran kuasa voltan tinggi dan frekuensi tinggi di mana kecekapan, ketumpatan kuasa, dan pengurusan haba adalah kritikal. Dengan menggunakan teknologi SiC, diod ini menawarkan kelebihan ketara berbanding diod simpang PN silikon tradisional, terutamanya dalam mengurangkan kehilangan pensuisan dan membolehkan frekuensi operasi yang lebih tinggi.

Penempatan teras komponen ini adalah dalam sistem bekalan kuasa dan penukaran tenaga termaju. Kelebihan utamanya berasal dari sifat bahan semula jadi Silikon Karbida, yang membolehkan cas pemulihan songsang yang jauh lebih rendah dan kelajuan pensuisan yang lebih pantas berbanding rakan silikon. Ini secara langsung membawa kepada pengurangan kehilangan pensuisan dalam litar, seterusnya meningkatkan kecekapan sistem keseluruhan.

Pasaran sasaran dan aplikasinya adalah pelbagai, memberi tumpuan kepada elektronik kuasa moden yang cekap. Sektor utama termasuk pemacu motor industri, sistem tenaga boleh diperbaharui seperti penyongsang solar, bekalan kuasa pelayan dan pusat data, serta bekalan kuasa tanpa gangguan (UPS). Aplikasi ini mendapat manfaat besar daripada keupayaan diod untuk beroperasi pada frekuensi yang lebih tinggi, yang membolehkan penggunaan komponen pasif yang lebih kecil seperti induktor dan kapasitor, seterusnya meningkatkan ketumpatan kuasa dan berpotensi mengurangkan saiz dan kos sistem.

2. Analisis Parameter Teknikal Mendalam

2.1 Had Maksimum Mutlak

Had 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 maksimum yang boleh dikenakan secara berulang.
• Arus Hadapan Berterusan (IF):16A. Ini adalah arus hadapan berterusan maksimum yang boleh dihadapi oleh diod, dihadkan oleh suhu simpang maksimum dan rintangan haba.
• Arus Hadapan Surge Tidak Berulang (IFSM):27A. Penarafan ini menentukan arus surge maksimum yang dibenarkan untuk jangka masa pendek (10ms, gelombang separa sinus), penting untuk menangani keadaan inrush atau kerosakan.
• Suhu Simpang (TJ):175°C. Suhu maksimum yang dibenarkan untuk simpang semikonduktor.
• Pelesapan Kuasa Keseluruhan (PD):70W. Kuasa maksimum yang boleh dilesapkan oleh pakej pada suhu kes 25°C.

2.2 Ciri-ciri Elektrik

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

• Voltan Hadapan (VF):Biasanya 1.5V pada 16A dan suhu simpang 25°C, dengan maksimum 1.85V. VF rendah ini adalah kelebihan utama teknologi Schottky SiC, membawa kepada kehilangan konduksi yang lebih rendah. Perhatikan bahawa VF meningkat dengan suhu, mencapai kira-kira 1.9V pada 175°C.
• Arus Songsang (IR):Biasanya 2µA pada 520V dan 25°C, dengan maksimum 60µA. Arus bocor rendah ini menyumbang kepada kecekapan tinggi dalam keadaan menyekat.
• Cas Kapasitif Keseluruhan (QC):22 nC (tipikal) pada 400V. Ini adalah parameter kritikal untuk pengiraan kehilangan pensuisan. Nilai QC yang rendah menunjukkan cas tersimpan minimum yang perlu dikeluarkan semasa pemadaman, membawa kepada hampir tiada arus pemulihan songsang dan kehilangan pensuisan yang sangat rendah.
• Kapasitans Keseluruhan (Ct):Ini bergantung pada voltan. Ia mengukur 402 pF pada 1V, 43 pF pada 200V, dan 32 pF pada 400V (tipikal, pada 1MHz). Penurunan dengan peningkatan voltan songsang adalah ciri kapasitans simpang.

2.3 Ciri-ciri Terma

Pengurusan haba adalah penting untuk kebolehpercayaan dan prestasi.

• Rintangan Haba, Simpang-ke-Kes (RθJC):2.9 °C/W (tipikal). Nilai rendah ini menunjukkan pemindahan haba yang cekap dari simpang semikonduktor ke kes pakej, yang penting untuk melesapkan haba yang dihasilkan ke dalam penyejuk haba atau PCB.

3. Analisis Lengkung Prestasi

Dokumen data menyediakan beberapa lengkung ciri penting untuk reka bentuk.

3.1 Ciri-ciri VF-IF

Graf ini menunjukkan hubungan antara voltan hadapan dan arus hadapan pada suhu simpang yang berbeza. Ia secara visual menunjukkan penurunan voltan hadapan rendah dan pekali suhu positifnya. Pereka bentuk menggunakan ini untuk mengira kehilangan konduksi (Pcond = VF * IF) dan memahami bagaimana kehilangan berubah dengan suhu.

3.2 Ciri-ciri VR-IR

Lengkung ini memplot arus bocor songsang terhadap voltan songsang pada suhu yang berbeza. Ia mengesahkan arus bocor rendah walaupun pada voltan tinggi dan suhu tinggi, yang penting untuk kecekapan dalam mod menyekat.

3.3 Arus Hadapan Maksimum vs. Suhu Kes

Lengkung penurunan nilai ini menunjukkan bagaimana arus hadapan berterusan maksimum yang dibenarkan berkurangan apabila suhu kes (TC) meningkat. Ia adalah alat penting untuk reka bentuk terma, memastikan diod tidak dioperasikan melebihi kawasan operasi selamatnya (SOA).

3.4 Pelesapan Kuasa vs. Suhu Kes

Sama seperti penurunan nilai arus, lengkung ini menunjukkan pelesapan kuasa maksimum yang dibenarkan sebagai fungsi suhu kes.

3.5 Impedans Terma Sementara

Graf ini adalah kritikal untuk menilai prestasi terma semasa denyut kuasa pendek. Ia menunjukkan rintangan haba berkesan dari simpang ke kes untuk denyut tunggal dengan lebar yang berbeza. Data ini digunakan untuk mengira kenaikan suhu simpang puncak semasa peristiwa pensuisan, yang sering lebih menekan daripada keadaan mantap.

4. Maklumat Mekanikal dan Pakej

4.1 Dimensi Pakej (TO-252-3L)

Diod ini dibungkus dalam pakej TO-252-3L, juga dikenali sebagai DPAK. Dimensi utama termasuk:

• Panjang Pakej (E): 6.60 mm (tip)
• Lebar Pakej (D): 6.10 mm (tip)
• Tinggi Pakej (H): 9.84 mm (tip)
• Jarak Kaki (e1): 2.28 mm (asas)
• Panjang Kaki (L): 1.52 mm (tip)

Lukisan terperinci menyediakan semua toleransi kritikal untuk reka bentuk tapak kaki PCB dan pemasangan.

4.2 Konfigurasi Pin dan Polarity

Pakej ini mempunyai tiga sambungan: dua kaki dan kes (tab).

• Pin 1: Katod (K)
• Pin 2: Anod (A)
• Kes (Tab): Ini disambungkan secara dalaman ke Katod (K). Ini adalah butiran kritikal untuk susun atur PCB dan penyejukan haba, kerana tab mesti diasingkan secara elektrik dari litar lain jika mereka tidak berada pada potensi katod.

4.3 Susun Atur Pad PCB yang Disyorkan

Tapak kaki yang dicadangkan untuk pemasangan permukaan disediakan. Susun atur ini direka untuk memastikan pembentukan sendi pateri yang boleh dipercayai, pelepasan haba yang betul, dan pelesapan haba yang berkesan ke dalam kuprum PCB. Mematuhi cadangan ini adalah penting untuk hasil pembuatan dan kebolehpercayaan jangka panjang.

5. Garis Panduan Aplikasi dan Pertimbangan Reka Bentuk

5.1 Litar Aplikasi Biasa

Diod Schottky SiC ini sangat sesuai untuk beberapa topologi penukaran kuasa utama:

• Pembetulan Faktor Kuasa (PFC):Digunakan dalam peringkat penukar boost bekalan kuasa mod pensuisan (SMPS). Pensuisan berkelajuan tingginya mengurangkan kehilangan pada frekuensi tinggi, meningkatkan kecekapan peringkat PFC.
• Peringkat DC-AC Penyongsang Solar:Sering digunakan dalam litar roda bebas atau pengapit penyongsang. Penarafan voltan tinggi dan kehilangan pensuisan rendah adalah bermanfaat untuk voltan bas DC tinggi dan frekuensi pensuisan biasa dalam aplikasi solar.
• Penyongsang Pemacu Motor:Berfungsi sebagai diod roda bebas merentasi Transistor Dwikutub Gerbang Terpencil (IGBT) atau MOSFET. Pemulihan pantas meminimumkan keperluan masa mati dan mengurangkan lonjakan voltan.
• Bekalan Kuasa Tanpa Gangguan (UPS) dan Bekalan Kuasa Pusat Data:Digunakan dalam kedua-dua peringkat PFC dan penukaran DC-DC untuk mencapai kecekapan tinggi, yang kritikal untuk mengurangkan penggunaan tenaga dan keperluan penyejukan.

5.2 Pertimbangan Reka Bentuk Utama

• Pengurusan Haba:Walaupun kehilangannya rendah, penyejukan haba yang betul adalah penting. RθJC yang rendah membolehkan haba dipindahkan dengan cekap ke PCB atau penyejuk haba luaran. Tab pemasangan (katod) mesti dipateri ke kawasan kuprum yang cukup besar pada PCB untuk bertindak sebagai penyejuk haba. Untuk aplikasi kuasa tinggi, penyejuk haba luaran yang dilekatkan pada tab mungkin diperlukan.
• Peranti Selari:Diod Schottky SiC mempunyai pekali suhu positif untuk voltan hadapan. Ciri ini menggalakkan perkongsian arus antara peranti selari, membantu mencegah pelarian haba—satu kelebihan ketara berbanding beberapa teknologi diod lain.
• Kelajuan Pensuisan dan Susun Atur:Keupayaan pensuisan ultra pantas diod bermakna susun atur litar adalah kritikal. Meminimumkan induktansi parasit dalam gelung kuasa adalah perlu untuk mengelakkan lonjakan voltan berlebihan semasa pemadaman. Ini melibatkan penggunaan kesan pendek dan lebar serta penempatan kapasitor penyahgandingan yang betul.
• Pertimbangan Pemacu Gerbang (untuk suis berkaitan):Ketiadaan arus pemulihan songsang memudahkan reka bentuk litar pemacu gerbang untuk transistor pensuisan yang menyertainya (contohnya, MOSFET, IGBT), kerana tiada kebimbangan tentang arus tembus yang disebabkan oleh pemulihan diod.

6. Perbandingan Teknikal dan Kelebihan

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

• vs. Diod PN Silikon:Perbezaan paling ketara adalah cas pemulihan songsang (Qrr) hampir sifar, yang pada dasarnya digantikan oleh cas kapasitif (Qc). Ini menghapuskan kehilangan pemulihan songsang dan EMI berkaitan, membolehkan frekuensi pensuisan yang jauh lebih tinggi (puluhan hingga ratusan kHz).
• vs. Diod Schottky Silikon:Diod Schottky silikon terhad kepada penarafan voltan yang lebih rendah (biasanya di bawah 200V). Diod SiC ini melanjutkan manfaat prinsip penerus Schottky (VF rendah, pensuisan pantas) ke kelas 650V, yang merupakan piawaian untuk banyak aplikasi kuasa luar talian.
• Operasi Suhu Tinggi:Bahan SiC boleh beroperasi pada suhu simpang yang lebih tinggi daripada silikon, meningkatkan kebolehpercayaan dalam persekitaran yang sukar.
• Manfaat Tahap Sistem:Pembolehgunaan frekuensi pensuisan yang lebih tinggi membolehkan pengurangan saiz komponen magnetik (induktor, transformer) dan kapasitor, membawa kepada bekalan kuasa yang lebih padat dan ringan. Kecekapan yang dipertingkatkan mengurangkan penjanaan haba, yang boleh memudahkan atau menghapuskan sistem penyejukan, seterusnya mengurangkan kos dan saiz.

7. Soalan Lazim (FAQ)

7.1 Apakah maksud "pada dasarnya tiada kehilangan pensuisan"?

Tidak seperti diod PN silikon yang menyimpan pembawa minoriti yang mesti dikeluarkan semasa pemadaman (menyebabkan arus pemulihan songsang yang besar dan kehilangan ketara), diod Schottky SiC adalah peranti pembawa majoriti. Tingkah laku pemadaman mereka didominasi oleh nyahcas kapasitans simpang (Qc). Tenaga yang hilang berkaitan dengan mengecas dan menyahcas kapasitans ini (E = 1/2 * C * V^2), yang biasanya jauh lebih rendah daripada kehilangan pemulihan songsang diod silikon yang setanding.

7.2 Mengapakah pekali suhu voltan hadapan positif?

Dalam diod Schottky, voltan hadapan berkurangan sedikit dengan suhu untuk arus tertentu disebabkan penurunan ketinggian halangan Schottky. Walau bagaimanapun, kesan dominan dalam diod Schottky SiC arus tinggi adalah peningkatan rintangan kawasan hanyut dengan suhu. Peningkatan rintangan ini menyebabkan voltan hadapan keseluruhan meningkat apabila suhu meningkat, menyediakan pekali suhu positif yang bermanfaat untuk perkongsian arus.

7.3 Bagaimanakah saya mengira suhu simpang dalam aplikasi saya?

Suhu simpang keadaan mantap boleh dianggarkan menggunakan: TJ = TC + (PD * RθJC). Di mana TC adalah suhu kes yang diukur, PD adalah kuasa yang dilesapkan dalam diod (kehilangan konduksi + kehilangan pensuisan), dan RθJC adalah rintangan haba. Untuk keadaan dinamik, lengkung impedans terma sementara mesti digunakan dengan bentuk gelombang pelesapan kuasa.

7.4 Bolehkah saya menggunakan diod ini untuk penerusan AC 400V?

Untuk meneruskan voltan talian AC 400V, voltan songsang puncak boleh setinggi ~565V (400V * √2). Diod berpenarafan 650V menyediakan margin keselamatan untuk lonjakan voltan dan sementara pada talian, menjadikannya pilihan yang sesuai dan biasa untuk aplikasi sedemikian, termasuk sistem 400VAC tiga fasa.

8. Contoh Reka Bentuk Praktikal

Senario:Mereka bentuk peringkat Pembetulan Faktor Kuasa (PFC) boost 1.5kW untuk bekalan kuasa pelayan, mensasarkan julat voltan input 85-265VAC dan output 400VDC. Frekuensi pensuisan ditetapkan kepada 100 kHz untuk mengurangkan saiz magnetik.

Rasional Pemilihan Diod:Diod ultrafast silikon standard akan mempunyai kehilangan pemulihan songsang yang besar pada 100 kHz, memberi kesan teruk kepada kecekapan. Diod Schottky SiC 650V ini dipilih kerana kehilangan pensuisannya boleh diabaikan (berdasarkan Qc), dan kehilangan konduksinya (berdasarkan VF) adalah rendah. Penarafan arus berterusan 16A adalah mencukupi untuk arus purata dan RMS dalam aplikasi ini dengan penurunan nilai yang sesuai.

Reka Bentuk Terma:Pengiraan menunjukkan kehilangan konduksi diod kira-kira 4W. Menggunakan RθJC tipikal 2.9°C/W, jika suhu kes dikekalkan pada 80°C, kenaikan suhu simpang akan menjadi ~11.6°C, menghasilkan TJ ~91.6°C, yang berada dalam had maksimum 175°C. Ini membolehkan penggunaan pad kuprum PCB sebagai penyejuk haba utama tanpa memerlukan penyejuk haba luaran yang besar, menjimatkan ruang dan kos.

9. Pengenalan Teknologi dan Tren

9.1 Prinsip Teknologi Silikon Karbida (SiC)

Silikon Karbida adalah bahan semikonduktor jurang lebar. Jurang lebarnya yang lebih luas (kira-kira 3.26 eV untuk 4H-SiC vs. 1.12 eV untuk Si) memberikannya beberapa sifat fizikal yang unggul: medan elektrik kritikal yang jauh lebih tinggi (membolehkan lapisan hanyut yang lebih nipis dan rintangan lebih rendah untuk penarafan voltan tertentu), kekonduksian haba yang lebih tinggi (meningkatkan pelesapan haba), dan keupayaan untuk beroperasi pada suhu yang jauh lebih tinggi. Dalam diod Schottky, SiC membolehkan gabungan voltan pecah tinggi, penurunan voltan hadapan rendah, dan pensuisan yang sangat pantas—gabungan yang sukar dicapai dengan silikon.

9.2 Tren Industri

Penerimaan peranti kuasa SiC, termasuk diod Schottky dan MOSFET, sedang mempercepatkan. Pendorong utama adalah dorongan global untuk kecekapan tenaga merentasi semua sektor (industri, automotif, pengguna) dan permintaan untuk ketumpatan kuasa yang lebih tinggi. Apabila volum pembuatan meningkat dan kos terus menurun, SiC sedang bergerak dari aplikasi prestasi tinggi khusus ke bekalan kuasa arus perdana, pengecas dalam kenderaan elektrik, dan sistem tenaga solar. Tren adalah ke arah penarafan voltan yang lebih tinggi (contohnya, 1200V, 1700V) untuk pemacu automotif dan industri, dan integrasi diod SiC dengan MOSFET SiC dalam modul kuasa untuk sel pensuisan prestasi tinggi yang lengkap.