Dokumen Teknikal Diod Schottky SiC 650V Pakej TO-252-3L - Dimensi 6.6x9.84x2.3mm - Voltan 650V - Arus 10A

1. Gambaran Keseluruhan Produk

Dokumen ini menyediakan spesifikasi teknikal lengkap untuk Diod Halangan Schottky Silikon Karbida (SiC) berprestasi tinggi. Peranti ini direka untuk aplikasi pensuisan voltan tinggi dan frekuensi tinggi di mana kecekapan dan pengurusan haba adalah kritikal. Ia dibungkus dalam pakej permukaan TO-252-3L (DPAK), menawarkan antara muka terma dan elektrik yang teguh untuk reka bentuk litar kuasa.

Kelebihan utama diod Schottky SiC ini terletak pada sifat bahan. Tidak seperti diod simpang PN silikon tradisional, diod Schottky mempunyai simpang logam-semikonduktor, yang secara semula jadi memberikan penurunan voltan hadapan (V_F) yang lebih rendah dan, yang penting, cas pemulihan songsang (Q_c) hampir sifar. Gabungan ini mengurangkan kedua-dua kehilangan konduksi dan pensuisan dengan ketara, membolehkan kecekapan sistem dan ketumpatan kuasa yang lebih tinggi.

Pasaran sasaran untuk komponen ini adalah sistem penukaran kuasa maju. Kelebihan utamanya iaitu kecekapan tinggi dan pensuisan laju menjadikannya sesuai untuk bekalan kuasa moden, padat dan kebolehpercayaan tinggi.

2. Analisis Parameter Teknikal Mendalam

2.1 Ciri-ciri Elektrik

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

• Voltan Songsang Puncak Berulang (V_RRM):650V. Ini adalah voltan songsang maksimum yang boleh ditahan oleh diod secara berulang. Ia menentukan penarafan voltan untuk aplikasi seperti peringkat Pembetulan Faktor Kuasa (PFC) yang beroperasi daripada bekalan AC sejagat (85-265VAC).
• Arus Hadapan Berterusan (I_F):10A. Ini adalah arus hadapan purata maksimum yang boleh dihantar oleh peranti secara berterusan, dihadkan oleh ciri termanya. Lembaran data menyatakan ini pada suhu kes (T_C) 25°C.
• Voltan Hadapan (V_F):1.48V (Tip.) pada I_F=10A, T_J=25°C. V_Frendah ini adalah kelebihan utama teknologi Schottky SiC, secara langsung mengurangkan kehilangan konduksi (P_loss= V_F* I_F). Perhatikan bahawa V_Fmempunyai pekali suhu positif, meningkat kepada kira-kira 1.9V pada suhu simpang 175°C.
• Arus Songsang (I_R):2µA (Tip.) pada V_R=520V, T_J=25°C. Arus bocor rendah ini menyumbang kepada kecekapan tinggi dalam keadaan menyekat.
• Cas Kapasitif Jumlah (Q_c):15nC (Tip.) pada V_R=400V. Ini boleh dikatakan parameter paling kritikal untuk prestasi pensuisan. Q_cmewakili cas yang mesti dibekalkan/dipindahkan untuk menukar voltan merentasi kapasitans simpang diod. Q_crendah bermakna kehilangan pensuisan minima dan membolehkan operasi pada frekuensi yang sangat tinggi.
• Tenaga Tersimpan Kapasitans (E_C):2.2µJ (Tip.) pada V_R=400V. Parameter ini, diperoleh daripada kapasitans simpang, menunjukkan tenaga yang disimpan dalam medan elektrik diod apabila terpincang songsang. Ia mesti dipertimbangkan dalam reka bentuk litar resonan.

2.2 Had Maksimum dan Ciri-ciri Terma

Parameter ini menentukan had mutlak untuk operasi selamat dan keupayaan peranti untuk mengurus haba.

• Arus Hadapan Tidak Berulang Surge (I_FSM):16A untuk gelombang separa sinus 10ms. Penarafan ini menunjukkan keupayaan diod untuk menahan beban lampau jangka pendek, seperti arus masuk.
• Suhu Simpang (T_J):Maksimum 175°C. Mengoperasikan peranti melebihi suhu ini boleh menyebabkan kerosakan kekal.
• Rintangan Terma, Simpang-ke-Kes (R_θJC):3.2°C/W (Tip.). Rintangan terma rendah ini adalah penting untuk pemindahan haba yang berkesan daripada die silikon ke kes pakej dan seterusnya, ke penyejuk haba atau PCB. Jumlah penyebaran kuasa (P_D) disenaraikan sebagai 44W, tetapi ini terutamanya dihadkan oleh T_Jmaksimum dan keupayaan sistem untuk membuang haba (R_θCA).

3. Analisis Lengkung Prestasi

Lembaran data termasuk beberapa lengkung ciri penting untuk jurutera reka bentuk.

• V_F-I_FCiri-ciri:Graf ini menunjukkan hubungan antara voltan hadapan dan arus hadapan pada suhu simpang yang berbeza. Ia digunakan untuk mengira kehilangan konduksi tepat di bawah keadaan operasi sebenar, bukan hanya pada titik tipikal 25°C.
• V_R-I_RCiri-ciri:Menggambarkan arus bocor songsang sebagai fungsi voltan songsang dan suhu. Ini adalah kritikal untuk menganggarkan kehilangan siap sedia dan memastikan prestasi menyekat yang stabil pada suhu tinggi.
• V_R-C_tCiri-ciri:Menunjukkan bagaimana kapasitans diod jumlah (C_t) berkurangan dengan peningkatan voltan songsang (V_R). Kapasitans tak linear ini memberi kesan kepada tingkah laku pensuisan frekuensi tinggi dan reka bentuk litar resonan.
• Maksimum I_Flwn. Suhu Kes (T_C):Lengkung penyahkadar yang menentukan bagaimana arus hadapan berterusan maksimum yang dibenarkan berkurangan apabila suhu kes meningkat. Ini adalah asas untuk reka bentuk terma.
• Penyebaran Kuasa lwn. Suhu Kes:Sama seperti penyahkadar arus, lengkung ini menunjukkan berapa banyak kuasa yang boleh disebarkan oleh peranti berdasarkan suhu kesnya.
• I_FSMlwn. Lebar Denyut (P_W):Menyediakan keupayaan arus surge untuk tempoh denyut selain daripada 10ms standard, membolehkan penilaian toleransi keadaan ralat.
• E_C-V_RCiri-ciri:Memplotkan tenaga kapasitif tersimpan berbanding voltan songsang, berguna untuk pengiraan kehilangan dalam topologi pensuisan lembut.
• Rintangan Terma Sementara (Z_θJC) lwn. Lebar Denyut:Lengkung ini adalah penting untuk menilai prestasi terma semasa denyut pensuisan pendek. Rintangan terma berkesan untuk denyut pendek tunggal adalah lebih rendah daripada R_θJC.

keadaan mantap.

4. Maklumat Mekanikal dan Pakej

4.1 Dimensi Pakej

• Peranti menggunakan pakej permukaan TO-252-3L (DPAK) piawai industri. Dimensi utama daripada lukisan garis besar termasuk:
• Panjang Keseluruhan (H): 9.84 mm (Tip.)
• Lebar Keseluruhan (E): 6.60 mm (Tip.)
• Tinggi Keseluruhan (A): 2.30 mm (Tip.)
• Jarak Pin (e1): 2.28 mm (Asas)

Dimensi Tab (D1 x E1): 5.23 mm x 4.83 mm (Tip.)

Tab logam besar berfungsi sebagai laluan terma utama (bersambung ke katod) dan mesti dipateri dengan betul ke pad kuprum yang sepadan pada PCB untuk penyejukan haba yang berkesan.

4.2 Konfigurasi Pin dan Polarity

• Pinout ditakrifkan dengan jelas:Pin 1:
• Katod (K)Pin 2:
• Anod (A)Kes (Tab):

Katod (K)Penting:

Kes (tab logam besar) disambungkan secara elektrik ke katod. Ini mesti dipertimbangkan semasa susun atur PCB untuk mengelakkan litar pintas. Tab mesti diasingkan daripada rangkaian lain melainkan disambungkan secara sengaja ke nod katod.

4.3 Susun Atur Pad PCB yang Disyorkan

Tapak kaki yang dicadangkan untuk pemasangan permukaan disediakan. Susun atur ini dioptimumkan untuk kebolehpercayaan sambungan pateri dan prestasi terma. Ia biasanya termasuk pad pusat besar untuk tab dengan via terma ke lapisan kuprum dalaman atau penyejuk haba sebelah bawah, ditambah dua pad lebih kecil untuk pin anod dan katod.

5. Panduan Pateri dan Pemasangan

• Walaupun profil reflow khusus tidak terperinci dalam petikan ini, panduan umum untuk pakej SMD kuasa terpakai.Pateri Reflow:
• Profil reflow bebas plumbum (Pb-Free) standard adalah sesuai. Jisim terma besar tab mungkin memerlukan pelarasan profil sedikit (contohnya, masa rendaman lebih lama atau suhu puncak lebih tinggi) untuk memastikan pateri reflow lengkap di bawah tab.Via Terma:
• Untuk prestasi terma optimum, pad PCB untuk tab harus menggabungkan beberapa via terma yang dipenuhi dengan pateri semasa reflow. Via ini mengalirkan haba ke satah bumi dalaman atau tuangan kuprum sebelah bawah.Tork Pemasangan:
• Jika skru tambahan digunakan untuk mengamankan pakej ke penyejuk haba (melalui lubang dalam tab), tork maksimum ditetapkan sebagai 8.8 N·cm (atau 8 lbf-in) untuk skru M3 atau 6-32. Melebihi ini boleh merosakkan pakej.Keadaan Penyimpanan:

Peranti harus disimpan dalam persekitaran kering, anti-statik dalam julat suhu -55°C hingga +175°C.

6. Cadangan Aplikasi

6.1 Litar Aplikasi Biasa

• Diod ini direka khusus untuk aplikasi berikut:Pembetulan Faktor Kuasa (PFC) dalam Bekalan Kuasa Mod Suis (SMPS):_RRMDigunakan sebagai diod boost dalam litar PFC mod konduksi berterusan (CCM) atau mod peralihan (TM). V_ctingginya mengendalikan voltan boost, manakala Q
• rendahnya meminimumkan kehilangan pensuisan pada frekuensi PFC tinggi (selalunya 65-100 kHz+), meningkatkan kecekapan keseluruhan.Penyongsang Solar:
• Digunakan dalam peringkat boost penyongsang mikro fotovoltaik (PV) atau penyongsang rentetan. Kecekapan tinggi adalah penting untuk memaksimumkan penuaian tenaga.Bekalan Kuasa Tidak Terputus (UPS):
• Digunakan dalam peringkat penerus/pengecas dan penyongsang untuk meningkatkan kecekapan dan mengurangkan saiz.Pemacu Motor:
• Boleh digunakan dalam kedudukan diod roda bebas atau pengapit dalam jambatan penyongsang yang memandu motor, mendapat manfaat daripada pensuisan laju.Bekalan Kuasa Pusat Data:

Bekalan kuasa pelayan dan penerus telekom memerlukan kecekapan yang sangat tinggi (contohnya, 80 Plus Titanium). Ciri-ciri diod ini membantu memenuhi keperluan ketat ini.

• 6.2 Pertimbangan Reka BentukReka Bentuk Terma:_RθJC
• rendah hanya berkesan jika haba dikeluarkan daripada kes. Kawasan kuprum PCB yang mencukupi, via terma, dan mungkin penyejuk haba luaran diperlukan. Gunakan lengkung penyahkadar untuk menentukan arus operasi selamat pada anggaran suhu kes maksimum anda.Pengiraan Kehilangan Pensuisan:_{Untuk aplikasi pensuisan keras, kehilangan pensuisan terutamanya kapasitif. Kehilangan setiap kitaran boleh dianggarkan sebagai 0.5 * C}oss²(V) * V_{* f}sw_c. Parameter Q_Cdan E
• menyediakan kaedah yang lebih tepat untuk anggaran kehilangan.Operasi Selari:_FLembaran data menyatakan peranti sesuai untuk operasi selari tanpa lari haba. Ini disebabkan oleh pekali suhu positif V_F; jika satu diod menjadi panas, V
• nya meningkat, menyebabkan arus beralih ke peranti selari yang lebih sejuk, menggalakkan perkongsian arus semula jadi.Litar Snubber:_{Disebabkan oleh pensuisan yang sangat pantas dan Q}rr

rendah, diod Schottky SiC kadangkala boleh menyebabkan lonjakan voltan (deringan) yang lebih tinggi daripada induktans parasit. Susun atur yang teliti untuk meminimumkan induktans sesat dan kemungkinan penggunaan snubber RC mungkin diperlukan.

7. Perbandingan dan Kelebihan Teknikal

• Berbanding dengan diod pemulihan pantas silikon tradisional (FRD) atau bahkan diod badan MOSFET silikon karbida, diod Schottky SiC ini menawarkan kelebihan yang berbeza:lwn. Diod PN Silikon:_{Perbezaan paling ketara ialah ketiadaan cas pemulihan songsang (Q}rr_{). Diod silikon mempunyai Q}rr_cbesar, menyebabkan kehilangan pensuisan yang ketara dan lonjakan arus pemulihan songsang. Q
• Schottky SiC adalah semata-mata kapasitif, membawa kepada "pada dasarnya tiada kehilangan pensuisan" seperti yang dinyatakan dalam kelebihan.lwn. Diod Schottky Silikon:_FDiod Schottky silikon mempunyai V
• rendah dan pensuisan pantas tetapi terhad kepada penarafan voltan rendah (biasanya <200V). Teknologi SiC membolehkan prestasi Schottky pada voltan yang lebih tinggi (650V dan ke atas).Kecekapan Sistem Lebih Tinggi:_FGabungan V
• rendah dan kehilangan pensuisan yang boleh diabaikan secara langsung meningkatkan kecekapan bekalan kuasa merentasi julat beban.Keperluan Penyejukan Dikurangkan:
• Kehilangan yang lebih rendah bermakna kurang haba dihasilkan. Ini boleh membenarkan penyejuk haba yang lebih kecil atau penyejukan pasif, mengurangkan kos, saiz dan berat sistem.Operasi Frekuensi Lebih Tinggi:

Membolehkan reka bentuk bekalan kuasa beroperasi pada frekuensi pensuisan yang lebih tinggi. Ini membolehkan penggunaan komponen magnet yang lebih kecil (induktor, transformer), seterusnya meningkatkan ketumpatan kuasa.

8. Soalan Lazim (Berdasarkan Parameter Teknikal)_FS: V

ialah 1.48V, yang kelihatan lebih tinggi daripada beberapa diod silikon. Adakah ini satu kelemahan?_FJ: Walaupun beberapa diod silikon mungkin mempunyai V_Fyang lebih rendah pada arus rendah, V_{mereka meningkat dengan ketara pada suhu dan arus tinggi. Lebih penting lagi, kehilangan pensuisan diod silikon (disebabkan oleh Q}rr

) biasanya lebih tinggi dengan magnitud berbanding kehilangan pensuisan kapasitif Schottky SiC ini. Jumlah kehilangan (konduksi + pensuisan) peranti SiC hampir selalu lebih rendah dalam aplikasi frekuensi tinggi.

S: Bolehkah saya menggunakan diod ini secara langsung sebagai pengganti untuk diod silikon dalam litar sedia ada saya?

J: Tidak tanpa semakan teliti. Walaupun pinout mungkin serasi, tingkah laku pensuisan adalah berbeza sama sekali. Kekurangan arus pemulihan songsang boleh menyebabkan lonjakan voltan yang lebih tinggi disebabkan oleh parasit litar. Pacuan get untuk transistor pensuisan berkaitan mungkin memerlukan pelarasan, dan litar snubber mungkin memerlukan penyelarasan semula. Prestasi terma juga akan berbeza.

S: Apakah punca utama kegagalan untuk diod ini?_{J> Mod kegagalan paling biasa untuk diod kuasa adalah tekanan lampau terma (melebihi T}Jmax_RRM) dan tekanan lampau voltan (melebihi V

disebabkan oleh transien). Reka bentuk terma yang teguh, penyahkadar voltan yang betul, dan perlindungan terhadap lonjakan voltan (contohnya, dengan diod TVS atau snubber RC) adalah penting untuk kebolehpercayaan.

9. Kajian Kes Reka Bentuk PraktikalSenario:

Mereka bentuk bekalan kuasa pelayan 500W, kecekapan 80 Plus Platinum dengan hadapan PFC CCM.Pilihan Reka Bentuk:

Memilih diod boost.Analisis:_{Diod ultrafast silikon 600V tradisional mungkin mempunyai Q}rr_c50-100 nC. Pada frekuensi pensuisan PFC 100 kHz dan voltan bas 400V, kehilangan pensuisan akan ketara. Dengan menggunakan diod Schottky SiC ini dengan Q

15 nC, kehilangan pensuisan kapasitif dikurangkan kira-kira 70-85%. Penjimatan kehilangan ini secara langsung meningkatkan kecekapan beban penuh sebanyak 0.5-1.0%, membantu memenuhi piawaian Platinum. Tambahan pula, penjanaan haba yang dikurangkan membolehkan penyejuk haba yang lebih kecil pada peringkat PFC, menjimatkan ruang dan kos dalam produk akhir.

10. Pengenalan Prinsip Operasi_c performance.

Diod Schottky dibentuk oleh simpang logam-semikonduktor, tidak seperti diod simpang PN standard yang menggunakan semikonduktor-semikonduktor. Apabila logam yang sesuai (contohnya, Nikel) didepositkan pada wafer Silikon Karbida (SiC) jenis-N, halangan Schottky tercipta. Di bawah pincang hadapan, elektron daripada semikonduktor mendapat tenaga yang cukup untuk melintasi halangan ini ke dalam logam, membenarkan aliran arus dengan penurunan voltan yang agak rendah. Di bawah pincang songsang, halangan melebar, menyekat arus. Perbezaan utama ialah ini adalah peranti pembawa majoriti; tiada suntikan dan penyimpanan seterusnya pembawa minoriti (lubang dalam kes ini) dalam kawasan hanyut. Oleh itu, apabila voltan diterbalikkan, tiada cas tersimpan yang perlu dikeluarkan (pemulihan songsang), hanya pengecasan/nyahcasan kapasitans simpang. Fizik asas inilah yang membolehkan pensuisan laju dan Q

rendah._{11. Trend Teknologi}Peranti kuasa Silikon Karbida (SiC) mewakili trend penting dalam elektronik kuasa, melangkaui had bahan silikon tradisional. Jurang jalur SiC yang lebih luas (3.26 eV untuk 4H-SiC lwn. 1.12 eV untuk Si) memberikan kelebihan semula jadi: medan pecah lebih tinggi (membolehkan lapisan hanyut lebih nipis, rintangan lebih rendah untuk voltan tertentu), kekonduksian terma lebih tinggi (penyejukan haba lebih baik), dan keupayaan untuk beroperasi pada suhu lebih tinggi. Untuk diod, struktur Schottky pada SiC membolehkan gabungan penarafan voltan tinggi dengan pensuisan pantas, gabungan yang tidak boleh dicapai dengan silikon. Pembangunan berterusan memberi tumpuan kepada mengurangkan rintangan hidup spesifik (R_FDS(on)