Dokumen Teknikal - Spesifikasi Diod Schottky SiC 650V, 20A, 1.5V dalam Pakej TO-252-3L (6.6x9.84x2.3mm)

1. Gambaran Keseluruhan Produk

Dokumen ini memperincikan spesifikasi untuk Diod Halangan Schottky 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 terma adalah kritikal. Dengan menggunakan teknologi SiC, diod ini menawarkan ciri pensuisan yang lebih baik berbanding diod simpang PN silikon tradisional, membolehkan peningkatan ketara pada peringkat sistem.

Kelebihan utama diod Schottky SiC ini terletak pada cas pemulihan songsangnya yang hampir sifar, yang secara praktikalnya menghapuskan kehilangan pensuisan yang berkaitan dengan pemadaman diod. Ciri ini adalah penting untuk meningkatkan frekuensi pensuisan dalam bekalan kuasa dan penyongsang, membolehkan penggunaan komponen pasif yang lebih kecil seperti induktor dan kapasitor, seterusnya meningkatkan ketumpatan kuasa keseluruhan. Kejatuhan voltan kehadapan yang rendah turut menyumbang kepada pengurangan kehilangan konduksi, meningkatkan kecekapan sistem merentasi julat suhu operasi.

2. Analisis Parameter Teknikal Mendalam

2.1 Ciri-ciri Elektrik

Peranti ini dinilai untuk voltan puncak songsang berulang maksimum (VRRM) 650V, menjadikannya sesuai untuk aplikasi yang beroperasi daripada bekalan AC sejagat (85-265VAC) dengan margin reka bentuk yang mencukupi. Kadaran arus kehadapan berterusan (IF) ialah 20A, ditentukan pada suhu kes (TC) 25°C. Adalah penting untuk ambil perhatian bahawa kadaran arus ini adalah terhad secara terma dan akan menyusut dengan peningkatan suhu simpang, seperti yang diperincikan dalam bahagian ciri-ciri terma.

Parameter prestasi utama untuk diod pensuisan ialah jumlah cas kapasitif (Qc). Peranti ini menentukan Qc tipikal 30nC pada voltan songsang (VR) 400V dan suhu simpang (Tj) 25°C. Nilai rendah ini mengesahkan cas tersimpan yang minimum, yang secara langsung diterjemahkan kepada kehilangan pensuisan rendah dan membolehkan operasi frekuensi tinggi. Voltan kehadapan (VF) ditetapkan pada maksimum 1.85V apabila mengalirkan 16A pada 25°C, meningkat kepada tipikal 1.9V pada suhu simpang maksimum 175°C. Pekali suhu positif VF ini adalah sifat bermanfaat bagi diod Schottky SiC, menggalakkan perkongsian arus dan mencegah pelarian terma apabila berbilang peranti dikendalikan secara selari.

Arus bocor songsang (IR) adalah sangat rendah, dengan maksimum 120µA pada 520V dan 25°C. Kebocoran rendah ini menyumbang kepada kecekapan tinggi, terutamanya dalam keadaan siap sedia atau beban ringan.

2.2 Ciri-ciri Terma

Pengurusan terma yang berkesan adalah penting untuk operasi yang boleh dipercayai. Metrik terma utama ialah rintangan terma simpang-ke-kes (RθJC), yang ditetapkan pada nilai tipikal 3.6°C/W. Nilai rendah ini menunjukkan pemindahan haba yang cekap dari simpang semikonduktor ke kes pakej, membolehkan haba disebarkan dengan berkesan melalui penyejuk haba luaran yang dipasang pada tab. Suhu simpang maksimum yang dibenarkan (Tj) ialah 175°C, dan peranti boleh disimpan dalam julat suhu -55°C hingga +175°C.

Penyerakan kuasa total (PD) dinilai pada 50W pada TC=25°C. Dalam aplikasi praktikal, penyerakan kuasa sebenar yang dibenarkan dikira berdasarkan suhu simpang maksimum, rintangan terma (simpang-ke-ambien, RθJA, yang termasuk rintangan kes-ke-penyejuk haba dan penyejuk haba-ke-ambien), dan suhu ambien. Keluk "Penyerakan Kuasa" dan "Rintangan Terma Transien" yang disediakan adalah kritikal untuk mereka bentuk bagi keadaan beban lampau transien dan menentukan kawasan operasi selamat.

3. Analisis Keluk Prestasi

3.1 Ciri-ciri Kehadapan (VF-IF)

Keluk ciri VF-IF menggambarkan hubungan antara kejatuhan voltan kehadapan dan arus kehadapan pada pelbagai suhu simpang. Seperti yang dijangkakan untuk diod Schottky, keluk menunjukkan voltan lutut yang lebih rendah berbanding diod PN silikon. Keluk juga menunjukkan pekali suhu positif, di mana VF meningkat dengan Tj untuk arus tertentu. Graf ini adalah penting untuk mengira kehilangan konduksi (Ploss = VF * IF) di bawah keadaan operasi yang berbeza.

3.2 Ciri-ciri Songsang dan Kapasitan

Keluk VR-IR menunjukkan arus bocor songsang yang sangat rendah merentasi julat voltan sehingga voltan sekatan. Keluk VR-Ct memaparkan kapasitan simpang sebagai fungsi pincang songsang. Kapasitan berkurangan dengan peningkatan voltan songsang (dari ~513pF pada 1V ke ~46pF pada 400V), yang merupakan ciri lebar kawasan susutan yang bergantung pada voltan. Kapasitan rendah dan bergantung voltan ini memberi kesan kepada kelajuan pensuisan dan parameter Qc.

3.3 Prestasi Surge dan Transien

Carta "Ciri-ciri Ip Maksimum – TC" mentakrifkan arus surge tidak berulang yang dibenarkan (IFSM) sebagai fungsi suhu kes. Peranti boleh mengendalikan surge 26A (gelombang separa sinus, tempoh 10ms) pada 25°C. Graf "Ciri-ciri IFSM – PW" memperincikan lagi keupayaan arus surge berbanding lebar denyut, yang penting untuk mereka bentuk perlindungan terhadap arus masuk atau keadaan kerosakan. Keluk "Ciri-ciri EC-VR" memplot tenaga kapasitif tersimpan (EC) terhadap voltan songsang, penting untuk memahami kehilangan dalam litar resonan.

4. Maklumat Mekanikal dan Pakej

4.1 Garis Lurus dan Dimensi Pakej

Peranti ini dibungkus dalam pakej TO-252-3L. Dimensi kritikal termasuk panjang pakej keseluruhan (E) 6.60mm (tip.), lebar (D) 6.10mm (tip.), dan ketinggian (A) 2.30mm (tip.). Jarak kaki (e1) ialah 2.28mm (asas). Tab logam besar (kes) berfungsi sebagai laluan terma utama dan disambungkan secara elektrik ke terminal katod. Lukisan berdimensi terperinci dengan toleransi disediakan untuk reka bentuk tapak kaki PCB.

4.2 Konfigurasi Pin dan Pengenalpastian Polarity

Konfigurasi pin ditakrifkan dengan jelas: Pin 1 ialah Katod (K), Pin 2 ialah Anod (A), dan KES (tab logam besar) juga disambungkan ke Katod. Pengenalpastian polarity yang betul semasa pemasangan adalah penting untuk mengelakkan kegagalan peranti. Susun atur pad PCB yang disyorkan untuk pemasangan permukaan disediakan untuk memastikan pembentukan sendi pateri yang betul dan sambungan terma ke papan.

5. Panduan Pateri dan Pemasangan

Sebagai komponen permukaan, diod ini bertujuan untuk proses pateri alir semula. Walaupun parameter profil alir semula tertentu (pra-panas, rendaman, suhu puncak alir semula, masa di atas likuidus) tidak disenaraikan dalam datasheet ini, profil alir semula bebas plumbum standard yang mematuhi IPC/JEDEC J-STD-020 harus diikuti. Suhu badan pakej maksimum semasa pateri tidak boleh melebihi suhu simpanan maksimum yang ditetapkan iaitu 175°C untuk tempoh yang panjang. Tork pemasangan untuk sebarang skru yang digunakan dengan tab (jika terpakai untuk penyejukan haba) ditetapkan sebagai 8.8 N·cm (1 lbf·in) untuk skru M3 atau 6-32.

Langkah berjaga-jaga harus diambil untuk mengelakkan tekanan mekanikal pada kaki selepas pateri. Peranti harus disimpan dalam persekitaran kering, anti-statik sebelum digunakan untuk mengelakkan penyerapan kelembapan (yang boleh menyebabkan "popcorning" semasa alir semula) dan kerosakan nyahcas elektrostatik.

6. Cadangan Aplikasi

6.1 Litar Aplikasi Biasa

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

• Pembetulan Faktor Kuasa (PFC) dalam Bekalan Kuasa Mod Suis (SMPS):Digunakan sebagai diod penggalak dalam peringkat PFC mod konduksi berterusan (CCM) atau mod konduksi kritikal (CrM). Pensuisan pantas dan Qc rendahnya mengurangkan kehilangan pensuisan pada frekuensi talian tinggi, meningkatkan kecekapan, terutamanya pada voltan talian tinggi.
• Penyongsang Solar:Digunakan dalam peringkat penggalak penyongsang mikro fotovoltaik atau penyongsang rentetan untuk mengendalikan voltan dan arus tinggi dengan kehilangan minimum, memaksimumkan penuaian tenaga.
• Bekalan Kuasa Tidak Terputus (UPS):Digunakan dalam peringkat keluaran penyongsang atau litar pengecasan bateri untuk pensuisan frekuensi tinggi yang cekap.
• Pemacu Motor:Boleh digunakan dalam litar roda bebas atau pengapit dalam pemacu frekuensi boleh ubah (VFD) untuk menguruskan tendangan induktif dari motor dengan cekap.
• Bekalan Kuasa Pusat Data:Penting untuk mencapai kecekapan tinggi (contohnya, 80 Plus Titanium) dalam bekalan kuasa pelayan di mana setiap peratusan pengurangan kehilangan adalah kritikal.

6.2 Pertimbangan Reka Bentuk

Reka Bentuk Terma:Cabaran reka bentuk utama ialah mengurus suhu simpang. Gunakan nilai RθJC dan Tj maksimum untuk mengira penyejukan haba yang diperlukan. Tab logam mesti dipateri ke pad kuprum yang cukup besar pada PCB, mungkin dengan via terma ke lapisan dalam atau satah sebelah belakang, untuk bertindak sebagai penyejuk haba. Untuk aplikasi kuasa lebih tinggi, penyejuk haba luaran yang dipasang pada tab mungkin diperlukan.

Operasi Selari:Pekali suhu positif VF memudahkan perkongsian arus antara diod selari. Walau bagaimanapun, simetri susun atur yang teliti masih diperlukan untuk memastikan kearuhan dan rintangan parasit yang sama dalam setiap cabang, mencegah ketidakseimbangan arus semasa transien pantas.

Litar Snubber:Walaupun diod mempunyai cas pemulihan yang sangat rendah, kearuhan dan kapasitan litar parasit masih boleh menyebabkan lonjakan voltan semasa pemadaman. Litar snubber (RC atau RCD) mungkin diperlukan untuk mengapit lonjakan ini dan memastikan operasi yang boleh dipercayai dalam had kadaran voltan maksimum.

Pertimbangan Pacuan Gerbang (untuk suis berkaitan):Pensuisan pantas diod ini boleh membawa kepada di/dt dan dv/dt yang tinggi. Ini mungkin memerlukan perhatian kepada reka bentuk pacuan gerbang transistor pensuisan yang menyertainya (contohnya, MOSFET) untuk mengelakkan pencetus palsu disebabkan kesan Miller atau untuk mengurus gangguan elektromagnet (EMI).

7. Perbandingan dan Kelebihan Teknikal

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

• Pemulihan Songsang Sifar:Mekanisme halangan Schottky tidak mempunyai penyimpanan pembawa minoriti, membawa kepada Qc hampir sifar. Ini menghapuskan lonjakan arus pemulihan songsang, mengurangkan kehilangan pensuisan dalam diod itu sendiri dan transistor yang menyertainya, dan meminimumkan EMI.
• Operasi Suhu Tinggi:Sifat bahan SiC membolehkan suhu simpang maksimum 175°C, lebih tinggi daripada peranti silikon tipikal (150°C), menawarkan margin reka bentuk yang lebih besar atau membolehkan penyejuk haba yang lebih kecil.
• Keupayaan Frekuensi Tinggi:Gabungan Qc rendah dan kapasitan rendah membolehkan operasi cekap pada frekuensi pensuisan sehingga ratusan kHz, melebihi had praktikal FRD silikon.
• Peningkatan Kecekapan:VF yang lebih rendah (berbanding diod PN Si pada suhu tinggi) dan ketiadaan kehilangan pemulihan secara langsung diterjemahkan kepada kecekapan sistem yang lebih tinggi, terutamanya pada beban separa dan keadaan talian tinggi.

Kompromisi yang secara tradisinya dikaitkan dengan diod Schottky—voltan pecah yang lebih rendah—diatasi di sini dengan menggunakan SiC, membolehkan kadaran 650V yang sesuai untuk aplikasi bekalan sejagat.

8. Soalan Lazim (FAQ)

S: Bolehkah diod ini menggantikan diod pemulihan pantas silikon secara langsung dalam reka bentuk sedia ada?

J: Walaupun secara elektrik ia mungkin pengganti yang serasi pin, semakan reka bentuk adalah wajib. Pensuisan yang lebih pantas boleh memburukkan lonjakan voltan disebabkan parasit litar. Prestasi terma juga akan berbeza. Nilai snubber dan penyejukan haba harus dinilai semula.

S: Mengapakah kes disambungkan ke katod? Adakah ini memerlukan pengasingan?

J: Ya, tab logam adalah hidup secara elektrik (pada potensi katod). Pad PCB yang disambungkannya mesti berada pada rangkaian katod. Jika tab dipasang pada penyejuk haba luaran, penyejuk haba itu mesti diasingkan secara elektrik daripada potensi lain atau casis sistem, melainkan casis juga pada potensi katod.

S: Bagaimanakah kadaran arus surge (IFSM) digunakan?

J: Kadaran IFSM 26A (10ms, separa sinus) adalah untuk peristiwa tidak berulang seperti arus masuk permulaan atau pembersihan kerosakan. Ia tidak boleh digunakan untuk mengira keupayaan arus berterusan. Keluk "IFSM – PW" mesti dirujuk untuk tempoh denyut lain.

S: Apakah kepentingan parameter Tenaga Tersimpan Kapasitan (EC)?

J: Dalam aplikasi seperti penukar resonan LLC, kapasitan keluaran diod (Coss) dinyahcas setiap kitaran pensuisan, menyebabkan kehilangan. EC mengukur kehilangan ini. EC yang lebih rendah bermakna kehilangan pensuisan kapasitif yang lebih rendah.

9. Kajian Kes Reka Bentuk Praktikal

Senario: Mereka bentuk peringkat PFC 1kW, kecekapan 80 Plus Titanium untuk bekalan kuasa pelayan.

Reka bentuk menggunakan topologi mod konduksi kritikal berselang (CrM) yang bersuis pada 100kHz. Setiap fasa mengendalikan 500W. Diod penggalak mesti menyekat sehingga 400VDC dan membawa arus puncak kira-kira 10A. Diod ultra pantas silikon pada mulanya dipertimbangkan tetapi dikira mempunyai lebih 5W kehilangan berkaitan pemulihan setiap fasa pada talian tinggi.

Dengan menggantikan diod Schottky SiC 650V ini, kehilangan pemulihan dihapuskan. Kehilangan yang tinggal terutamanya kehilangan konduksi (berdasarkan VF dan arus RMS) dan kehilangan kapasitif kecil (berdasarkan EC). Pengiraan terma, menggunakan RθJC=3.6°C/W dan Tj maksimum direka 125°C, menunjukkan kenaikan suhu simpang diod boleh diuruskan dengan kawasan kuprum PCB sebagai penyejuk haba utama. Penggantian ini secara langsung menyumbang kepada memenuhi keperluan kecekapan >96% pada input 230VAC untuk standard Titanium, sambil juga membolehkan komponen magnet menjadi lebih kecil disebabkan frekuensi pensuisan tinggi dan bersih.

10. Prinsip Operasi

Diod Schottky dibentuk oleh simpang logam-semikonduktor, berbeza dengan simpang semikonduktor p-n diod standard. Dalam diod Schottky SiC ini, sentuhan logam dibuat ke Silikon Karbida jenis-n. Ini mencipta halangan Schottky yang membolehkan arus mengalir dengan mudah dalam arah kehadapan apabila pincang positif dikenakan pada logam (anod) berbanding semikonduktor (katod). Dalam pincang songsang, halangan melebar, menyekat aliran arus.

Perbezaan kritikal ialah pengangkutan arus didominasi oleh pembawa majoriti (elektron dalam SiC jenis-n). Tiada suntikan, penyimpanan, dan penyingkiran seterusnya pembawa minoriti (lubang) seperti dalam diod simpang PN. Oleh itu, apabila diod disuis dari konduksi kehadapan ke sekatan songsang, tiada lonjakan arus pemulihan songsang atau masa kelewatan berkaitan. Diod padam hampir serta-merta, hanya dihadkan oleh pengecasan kapasitan simpannya. Prinsip asas ini adalah sumber prestasi pensuisan kelajuan tinggi dan kehilangan pensuisan rendahnya.

11. Trend Teknologi

Peranti kuasa Silikon Karbida mewakili trend penting dalam elektronik kuasa, membolehkan kecekapan, ketumpatan kuasa dan suhu operasi yang lebih tinggi daripada peranti berasaskan silikon. Untuk diod, evolusi adalah ke arah kadaran voltan lebih tinggi (kini biasa 650V dan 1200V, dengan 1700V dan 3300V muncul), kejatuhan voltan kehadapan lebih rendah, dan kapasitan berkurangan. Pakej TO-252-3L (DPAK) yang digunakan di sini adalah tulang belakang untuk kuasa permukaan, tetapi terdapat trend selari ke arah pakej dengan kearuhan lebih rendah, prestasi terma lebih baik seperti TOLL (TO-tanpa kaki) dan D2PAK-7L untuk aplikasi prestasi tertinggi. Integrasi adalah trend lain, dengan modul "separuh jambatan" MOSFET SiC dan diod Schottky yang dibungkus bersama menjadi tersedia untuk meminimumkan kearuhan parasit dalam sel pensuisan. Pengurangan berterusan dalam kos substrat SiC menjadikan teknologi ini boleh diakses untuk pelbagai aplikasi yang lebih luas di luar bekalan kuasa pelayan dan telekom premium, termasuk pengecas dalaman automotif, pemacu motor industri, dan perkakas pengguna yang mencari piawaian kecekapan lebih tinggi.