Dokumen Teknikal - Diod Schottky SiC TO-252-3L (DPAK) 650V 4A

1. Gambaran Keseluruhan Produk

Dokumen ini memperincikan spesifikasi untuk Diod Halangan Schottky Silikon Karbida (SiC) berprestasi tinggi dalam pakej permukaan TO-252-3L, yang biasa dikenali sebagai DPAK. Peranti ini direka untuk aplikasi penukaran kuasa voltan tinggi, frekuensi tinggi, dan kecekapan tinggi. Kelebihan terasnya terletak pada sifat asas bahan SiC, yang membolehkan prestasi pensuisan dan kestabilan terma yang lebih baik berbanding diod berasaskan silikon tradisional.

Pasaran sasaran utama untuk komponen ini termasuk reka bentuk bekalan kuasa moden, sistem tenaga boleh diperbaharui seperti penyongsang solar, litar pemacu motor, dan infrastruktur kuasa pusat data. Ia amat sesuai untuk aplikasi yang memerlukan kehilangan pensuisan minimum dan ketumpatan kuasa tinggi.

2. Analisis Parameter Teknikal Mendalam

2.1 Penarafan Maksimum Mutlak

Peranti ini dinilai untuk voltan berbalik puncak berulang (VRRM) 650V, dengan voltan sekatan DC (VR) yang sepadan. Arus hadapan berterusan maksimum (IF) ialah 4A, yang dihadkan oleh pertimbangan terma. Parameter keteguhan utama ialah arus lonjakan tidak berulang (IFSM) 12A untuk denyutan gelombang separuh sinus 10ms, yang menunjukkan keupayaannya untuk mengendalikan keadaan litar pintas atau arus masuk. Suhu simpang maksimum (TJ) ialah 175°C, yang menentukan had operasi atas.

2.2 Ciri-ciri Elektrik

Voltan hadapan (VF) ialah parameter kritikal untuk kehilangan konduksi. Pada arus dinilai 4A dan suhu simpang 25°C, VF tipikal ialah 1.4V, dengan maksimum 1.75V. Nilai rendah ini menyumbang secara langsung kepada kecekapan sistem yang lebih tinggi. Arus bocor berbalik (IR) adalah sangat rendah, biasanya 1µA pada 520V dan 25°C, yang meminimumkan penyerakan kuasa dalam keadaan mati.

Ciri penentu diod Schottky SiC ialah ketiadaan cas pemulihan berbalik, seperti yang ditunjukkan oleh tuntutan "Arus Pemulihan Berbalik Sifar". Sebaliknya, tingkah laku pensuisan dicirikan oleh cas kapasitif. Jumlah cas kapasitif (QC) ditetapkan sebagai 6.4nC pada 400V. Parameter ini, bersama dengan jumlah kapasitans (Ct) yang berkurangan dengan peningkatan voltan berbalik (contohnya, 12pF pada 200V, 10pF pada 400V), adalah penting untuk mengira kehilangan pensuisan kapasitif dalam litar frekuensi tinggi.

2.3 Ciri-ciri Terma

Rintangan terma dari simpang ke kes (RθJC) ialah 5.9°C/W (tipikal). Nilai rendah ini adalah penting untuk pemindahan haba yang berkesan dari die semikonduktor ke PCB atau penyejuk haba. Jumlah penyerakan kuasa maksimum (PD) ialah 25W, tetapi had praktikal ditentukan oleh pengurusan terma aplikasi dan keadaan persekitaran.

3. Analisis Lengkung Prestasi

Dokumen data ini termasuk beberapa graf prestasi tipikal yang penting untuk jurutera reka bentuk.

3.1 Ciri-ciri VF-IF

Graf ini menunjukkan hubungan antara voltan hadapan dan arus hadapan pada suhu simpang yang berbeza. Ia menggambarkan bagaimana VF mempunyai pekali suhu negatif, berkurangan sedikit apabila suhu meningkat, yang merupakan ciri diod Schottky.

3.2 Ciri-ciri VR-IR

Lengkung ini memplot arus bocor berbalik terhadap voltan berbalik, biasanya menunjukkan peningkatan eksponen dalam IR dengan peningkatan voltan dan suhu, yang menekankan kepentingan penurunan voltan pada suhu tinggi.

3.3 Arus Hadapan Maksimum vs. Suhu Kes

Lengkung penurunan ini adalah kritikal untuk menentukan arus berterusan maksimum yang dibenarkan berdasarkan suhu kes operasi (TC). Ia memastikan suhu simpang tidak melebihi penarafan maksimumnya.

3.4 Penyerakan Kuasa vs. Suhu Kes

Sama seperti penurunan arus, graf ini menunjukkan bagaimana penyerakan kuasa maksimum yang dibenarkan berkurangan apabila suhu kes meningkat.

3.5 Galangan Terma Sementara

Graf ini adalah penting untuk menilai tindak balas terma diod kepada denyutan kuasa pendek. Ia menunjukkan rintangan terma berkesan dari simpang ke kes sebagai fungsi lebar denyutan, yang membolehkan pengiraan tepat suhu simpang puncak semasa peristiwa pensuisan.

4. Maklumat Mekanikal dan Pakej

4.1 Garis Besar dan Dimensi Pakej

Peranti ini menggunakan pakej TO-252-3L (DPAK). Dimensi utama termasuk ketinggian pakej keseluruhan (H) 9.84mm (tipikal), panjang (E) 6.60mm (tipikal), dan lebar (D) 6.10mm (tipikal). Jarak pin (e) ialah 2.28mm (asas). Lukisan mekanikal terperinci dengan nilai minimum, tipikal, dan maksimum untuk semua dimensi kritikal disediakan untuk memastikan reka bentuk tapak kaki PCB dan ruang pemasangan yang betul.

4.2 Konfigurasi Pin dan Kekutuban

Susunan pin ditakrifkan dengan jelas: Pin 1 ialah Katod, Pin 2 ialah Anod, dan tab logam (Kes) disambungkan ke Katod. Pengenalpastian kekutuban yang betul adalah penting untuk mengelakkan kegagalan peranti semasa pemasangan.

4.3 Susun Atur Pad PCB yang Disyorkan

Susun atur pad permukaan yang dicadangkan disertakan untuk mengoptimumkan kebolehpercayaan sendi pateri dan prestasi terma. Mengikuti susun atur ini membantu dalam mencapai fillet pateri yang betul dan penyejukan haba yang berkesan melalui tab logam yang terdedah.

5. Garis Panduan Pateri dan Pemasangan

Walaupun profil reflow khusus tidak diperincikan dalam petikan yang diberikan, garis panduan piawai IPC/JEDEC untuk pemasangan permukaan komponen bebas plumbum harus diikuti. Peranti ini ditetapkan sebagai bebas plumbum dan bebas halogen, mematuhi arahan RoHS. Penjagaan mesti diambil semasa pengendalian untuk mengelakkan tekanan mekanikal pada pin. Penyimpanan harus dalam persekitaran kering dan terkawal untuk mengelakkan penyerapan kelembapan, yang boleh menyebabkan "popcorning" semasa pateri reflow.

6. Cadangan Aplikasi

6.1 Litar Aplikasi Biasa

Diod ini amat sesuai untuk digunakan sebagai diod penggalak dalam peringkat Pembetulan Faktor Kuasa (PFC), diod roda bebas dalam litar jambatan, dan penerus keluaran dalam penukar AC/DC atau DC/DC frekuensi tinggi. Keupayaan pensuisan pantasnya menjadikannya cemerlang untuk litar yang beroperasi dalam julat puluhan hingga ratusan kilohertz.

6.2 Pertimbangan Reka Bentuk

• Kehilangan Pensuisan:Walaupun kehilangan pemulihan berbalik boleh diabaikan, kehilangan pensuisan kapasitif (berkadar dengan QC * V^2 * f) menjadi ketara pada frekuensi dan voltan yang sangat tinggi. Ini mesti dikira.
• Pengurusan Terma:Rintangan terma RθJC yang rendah membolehkan pemindahan haba yang cekap. Kawasan kuprum yang cukup besar pada PCB yang disambungkan ke tab katod adalah perlu untuk bertindak sebagai penyejuk haba. Via terma boleh digunakan untuk memindahkan haba ke lapisan dalam atau bawah.
• Peranti Selari:Pekali suhu positif VF memudahkan perkongsian arus apabila berbilang diod disambungkan secara selari, mengurangkan risiko pelarian terma.
• Lonjakan Voltan:Dalam litar pensuisan induktif, reka bentuk snubber yang betul atau susun atur yang teliti diperlukan untuk menguruskan lonjakan voltan dan mengelakkan melebihi penarafan VRRM.

7. Perbandingan dan Kelebihan Teknikal

Berbanding dengan diod pemulihan pantas (FRD) simpang PN silikon atau diod Schottky silikon, diod Schottky SiC ini menawarkan kelebihan yang berbeza:

• Pemulihan Berbalik Sifar:Menghapuskan sumber utama kehilangan pensuisan dan EMI dalam FRD silikon, membolehkan kecekapan dan frekuensi yang lebih tinggi.
• Suhu Operasi Lebih Tinggi:TJ,maks 175°C berbanding biasanya 150°C untuk banyak peranti silikon, membolehkan reka bentuk yang lebih padat atau operasi suhu persekitaran yang lebih tinggi.
• Penarafan Voltan Lebih Tinggi:Diod Schottky silikon biasanya terhad kepada bawah 200V. Penarafan 650V ini membuka penggunaan dalam bekalan kuasa luar talian arus perdana.
• Voltan Hadapan Lebih Rendah pada Suhu Tinggi:VF diod Schottky SiC kekal agak stabil atau berkurangan dengan suhu, tidak seperti diod silikon di mana ia meningkat, membawa kepada prestasi yang lebih baik dalam keadaan panas.

8. Soalan Lazim (FAQ)

Q: Apakah maksud "Arus Pemulihan Berbalik Sifar" dalam praktik?

A: Ia bermaksud apabila diod bertukar dari mengkonduksi ke menyekat, tiada cas pembawa minoriti tersimpan yang perlu dikeluarkan (dipulihkan). Arus berhenti hampir serta-merta, menghapuskan lonjakan arus pemulihan berbalik dan kehilangan kuasa berkaitan yang dilihat dalam diod PN standard.

Q: Bagaimana saya mengira kehilangan pensuisan untuk diod ini?

A: Untuk peranti pensuisan kapasitif ini, kehilangan dinamik dominan ialah tenaga yang diperlukan untuk mengecas kapasitans simpannya setiap kitaran. Kehilangan per kitaran boleh dianggarkan sebagai 0.5 * C(VR) * VR^2, di mana C(VR) ialah kapasitans bergantung voltan. Darab dengan frekuensi pensuisan (f) untuk mendapatkan kehilangan kuasa: P_sw ≈ 0.5 * C(VR) * VR^2 * f. Parameter QC menyediakan kaedah lain untuk anggaran kehilangan.

Q: Bolehkah saya menggunakan diod ini untuk menggantikan diod ultra-pantas silikon secara langsung?

A: Dari segi elektrik, dalam kebanyakan kes, ya, dan ia mungkin akan meningkatkan kecekapan. Walau bagaimanapun, anda mesti mengesahkan susun atur dan reka bentuk terma mencukupi, kerana tingkah laku pensuisan (kapasitif vs. pemulihan) adalah berbeza dan mungkin menjejaskan deringan voltan. Juga, pastikan pemacu get untuk mana-mana transistor pensuisan berkaitan cukup teguh untuk mengendalikan dinamik pensuisan yang berbeza.

Q: Mengapakah penarafan arus lonjakan penting?

A: Ia menunjukkan keupayaan diod untuk menahan keadaan ralat yang tidak dijangka, seperti arus masuk awal semasa mengecas kapasitor besar pada masa kuasa dihidupkan, atau peristiwa litar pintas sementara. Ini menambah lapisan keteguhan kepada reka bentuk.

9. Kajian Kes Reka Bentuk dan Penggunaan

Senario: Mereka Bentuk Peringkat PFC Tiang Totem 1kW.

Dalam litar PFC tiang totem tanpa jambatan moden yang beroperasi pada 100kHz, diod penggalak silikon tradisional adalah sumber kehilangan utama. Menggantikannya dengan diod Schottky SiC 650V ini akan memberikan faedah yang ketara. Pemulihan berbalik sifar menghapuskan kehilangan hidup dalam MOSFET pelengkap yang berlaku apabila arus pemulihan diod dikomutasi. Ini membolehkan operasi frekuensi yang lebih tinggi, mengurangkan saiz komponen magnetik (induktor). Voltan hadapan rendah mengurangkan kehilangan konduksi. Pereka bentuk mesti memodelkan dengan teliti kehilangan mati kapasitif diod SiC pada voltan bas DC 400V dan 100kHz untuk memastikannya boleh diterima, dan mereka bentuk PCB dengan tuangan kuprum yang besar dan tebal yang dilekatkan pada tab diod untuk menguruskan anggaran kehilangan konduksi ~3-4W.

10. Prinsip Operasi

Diod Schottky dibentuk oleh simpang logam-semikonduktor, bukannya simpang semikonduktor PN. Simpang logam-SiC ini mencipta halangan Schottky yang membolehkan konduksi pembawa majoriti sahaja (elektron dalam substrat SiC jenis-N). Apabila pincang hadapan, elektron mempunyai tenaga yang cukup untuk melintasi halangan, membolehkan aliran arus. Apabila pincang berbalik, halangan melebar, menyekat arus. Ketidakhadiran suntikan dan penyimpanan pembawa minoriti adalah sebab asas untuk pensuisan ultra-pantas dan kekurangan pemulihan berbalik. Jurang jalur lebar Silikon Karbida menyediakan bahan dengan kekuatan medan elektrik kritikal yang tinggi, membolehkan lapisan hanyut yang lebih nipis dan dengan itu rintangan hidup dan kapasitans yang lebih rendah untuk penarafan voltan tertentu berbanding silikon.

11. Trend Teknologi

Peranti kuasa Silikon Karbida adalah teknologi pemudahcara utama untuk evolusi ke arah elektronik kuasa yang lebih cekap dan padat. Trend termasuk peningkatan penarafan voltan (ke arah 1.2kV dan 1.7kV untuk pemacu automotif dan perindustrian), ketumpatan arus yang lebih tinggi dalam pakej yang lebih kecil, dan integrasi diod Schottky SiC dengan MOSFET SiC dalam modul bungkusan bersama. Apabila volum pembuatan meningkat dan kos menurun, SiC sedang bergerak dari aplikasi khusus ke bekalan kuasa pengguna, perindustrian, dan automotif arus perdana, didorong oleh permintaan global untuk kecekapan tenaga dan elektrifikasi. Pembangunan tertumpu pada meningkatkan kualiti wafer, mengurangkan ketumpatan kecacatan, dan mengoptimumkan struktur peranti untuk menurunkan lagi rintangan hidup spesifik dan kapasitans.