Dokumen Teknikal - Spesifikasi Diod Schottky SiC 650V, 8A dalam Pakej TO-252-3L

1. Gambaran Keseluruhan Produk

Dokumen ini memperincikan spesifikasi untuk Diod Halangan Schottky Silikon Karbida (SiC) berprestasi tinggi yang dibungkus dalam pakej permukaan TO-252-3L (DPAK). Peranti ini direka untuk aplikasi penukaran kuasa voltan tinggi dan frekuensi tinggi di mana kecekapan, prestasi terma, dan kelajuan pensuisan adalah kritikal. Teknologi teras memanfaatkan sifat bahan unggul Silikon Karbida, yang membolehkan operasi pada suhu, voltan, dan frekuensi pensuisan yang lebih tinggi berbanding diod berasaskan silikon tradisional.

Kedudukan utama komponen ini adalah sebagai penerus atau diod roda bebas dalam topologi bekalan kuasa maju. Ciri-ciri semula jadinya menjadikannya pilihan ideal untuk reka bentuk kuasa moden berketumpatan tinggi yang bertujuan untuk meminimumkan kerugian dan mengurangkan saiz komponen pasif dan penyejuk haba.

2. Analisis Parameter Teknikal Mendalam

2.1 Ciri-ciri Elektrik

Parameter elektrik menentukan had operasi dan prestasi di bawah keadaan tertentu.

• Voltan Berbalik Puncak Berulang (VRRM):650V. Ini adalah voltan berbalik serta-merta maksimum yang boleh ditahan oleh diod secara berulang. Ia menentukan kelas voltan peranti dan adalah penting untuk memilih diod dalam litar seperti Pembetulan Faktor Kuasa (PFC) atau jambatan penyongsang yang beroperasi daripada voltan talian utama yang diselaraskan.
• Arus Hadapan Berterusan (IF):8A pada suhu kes (TC) 135°C. Kadaran ini menunjukkan keupayaan pembawaan arus diod di bawah konduksi berterusan, yang dihadkan oleh penyebaran habanya. Spesifikasi pada suhu kes yang tinggi menonjolkan prestasi termanya yang teguh.
• Voltan Hadapan (VF):Biasanya 1.5V pada 8A dan suhu simpang (TJ) 25°C, dengan maksimum 1.85V. Parameter ini secara langsung mempengaruhi kerugian konduksi. VF yang agak rendah untuk peranti SiC menyumbang kepada kecekapan sistem yang lebih tinggi. Perhatikan bahawa VF mempunyai pekali suhu negatif, bermakna ia berkurangan apabila suhu simpang meningkat, yang merupakan ciri diod Schottky.
• Arus Berbalik (IR):Maksimum 40 µA pada 520V dan 25°C. Arus bocor ini adalah sangat rendah, walaupun pada voltan berbalik tinggi dan suhu tinggi (maks 20 µA pada 175°C), meminimumkan kerugian keadaan mati.
• Cas Kapasitif Jumlah (QC):12 nC tipikal pada 400V. Ini adalah angka utama untuk prestasi pensuisan. QC yang lebih rendah bermakna kurang cas yang perlu dialihkan semasa setiap kitaran pensuisan, membawa kepada kerugian pensuisan yang lebih rendah dan membolehkan operasi frekuensi lebih tinggi.

2.2 Kadaran Maksimum dan Ciri-ciri Terma

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

• Arus Hadapan Lonjakan Tidak Berulang (IFSM):14.4A untuk gelombang separa sinus 10ms. Kadaran ini adalah penting untuk bertahan dalam kejadian litar pintas, arus masuk, atau keadaan beban lampau sementara lain.
• Suhu Simpang (TJ):Maksimum 175°C. Suhu operasi maksimum yang tinggi adalah manfaat langsung bahan SiC, membolehkan operasi dalam persekitaran keras atau membolehkan reka bentuk yang lebih padat dengan ketumpatan kuasa yang lebih tinggi.
• Rintangan Terma, Simpang-ke-Kes (RθJC):3.7 °C/W tipikal. Rintangan terma rendah ini menunjukkan pemindahan haba yang cekap dari simpang semikonduktor ke kes pakej. Ia adalah parameter kritikal untuk reka bentuk pengurusan haba, kerana ia menentukan berapa banyak suhu simpang akan meningkat untuk penyerakan kuasa tertentu. RθJC yang lebih rendah membolehkan pengendalian kuasa yang lebih tinggi atau penggunaan penyejuk haba yang lebih kecil.
• Penyerakan Kuasa Jumlah (PD):40W. Ini adalah kuasa maksimum yang boleh diserakkan oleh peranti, yang ditadbir oleh rintangan terma dan suhu simpang maksimum.

3. Analisis Lengkung Prestasi

Spesifikasi ini merangkumi beberapa lengkung ciri yang penting untuk reka bentuk dan simulasi terperinci.

3.1 Ciri-ciri Hadapan (VF-IF)

Graf ini memplot penurunan voltan hadapan terhadap arus hadapan pada pelbagai suhu simpang. Pereka bentuk menggunakan ini untuk mengira kerugian konduksi dengan tepat di bawah keadaan operasi yang berbeza. Lengkung akan menunjukkan hubungan eksponen tipikal, dengan penurunan voltan menjadi lebih rendah pada suhu yang lebih tinggi untuk arus tertentu.

3.2 Ciri-ciri Berbalik (VR-IR)

Lengkung ini menggambarkan arus bocor berbalik sebagai fungsi voltan berbalik yang dikenakan. Ia mengesahkan arus bocor rendah yang dinyatakan dalam jadual merentasi julat voltan operasi.

3.3 Ciri-ciri Kapasitans (VR-Ct)

Plot ini menunjukkan kapasitans simpang (Ct) berbanding voltan berbalik (VR). Kapasitans berkurangan secara tidak linear apabila voltan berbalik meningkat. Maklumat ini adalah kritikal untuk meramalkan tingkah laku pensuisan, kerana cas tersimpan (QC) adalah kamiran kapasitans ini terhadap voltan. Kapasitans yang berkurangan dengan voltan adalah sifat yang baik untuk pensuisan voltan tinggi.

3.4 Penurunan Kadaran Arus Lonjakan (IFSM – PW)

Ciri ini menunjukkan bagaimana arus lonjakan yang dibenarkan (IFSM) berkurangan apabila lebar denyut (PW) meningkat. Ia memberikan panduan untuk mereka bentuk litar perlindungan atau menilai keboleh-hidupan keadaan ralat melebihi kadaran standard 10ms.

3.5 Galangan Terma Sementara (ZθJC)

Lengkung ini adalah penting untuk menilai prestasi terma di bawah keadaan kuasa berdenyut. Ia menunjukkan rintangan terma berkesan dari simpang ke kes untuk denyutan tunggal dengan tempoh yang berbeza. Untuk denyutan pendek, galangan terma adalah jauh lebih rendah daripada RθJC keadaan mantap, bermakna simpang boleh mengendalikan kuasa serta-merta yang lebih tinggi tanpa terlalu panas. Ini adalah kunci untuk aplikasi dengan arus puncak tinggi.

4. Maklumat Mekanikal dan Pakej

4.1 Garis Besar dan Dimensi Pakej

Peranti menggunakan pakej permukaan TO-252-3L (DPAK) piawai industri. Dimensi utama dari spesifikasi termasuk:

• Panjang badan pakej (D): 6.10 mm (tipikal)
• Lebar badan pakej (E): 6.60 mm (tipikal)
• Ketinggian keseluruhan (H): 9.84 mm (tipikal)
• Jarak pin (e1): 2.28 mm (asas)
• Panjang pin (L): 1.52 mm (tipikal)

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 Polarity

Pakej TO-252-3L mempunyai tiga titik sambungan: dua pin dan tab logam terdedah (kes).

• Pin 1:Katod (K)
• Pin 2:Anod (A)
• Kes (Tab):Disambungkan ke Katod (K)

Nota Penting:Kes disambungkan secara elektrik ke katod. Ini mesti dipertimbangkan semasa susun atur PCB untuk mengelakkan litar pintas secara tidak sengaja. Tab menyediakan laluan utama untuk penyebaran haba dan mesti dipateri ke pad kuprum bersaiz sesuai pada PCB.

4.3 Susun Atur Pad PCB yang Disyorkan

Tapak kaki yang dicadangkan untuk pad permukaan disertakan. Susun atur ini dioptimumkan untuk kebolehpercayaan sendi pateri dan prestasi terma. Ia biasanya mempunyai pad pusat yang besar untuk tab terma (katod) untuk memaksimumkan pemindahan haba ke dalam kuprum PCB, dengan dua pad yang lebih kecil untuk pin anod dan katod. Mengikuti cadangan ini membantu mencapai fillet pateri yang betul dan meminimumkan tekanan terma.

5. Garis Panduan Pateri dan Pemasangan

Walaupun profil reflow khusus tidak diperincikan dalam petikan ini, garis panduan umum untuk peranti permukaan dalam pakej TO-252 terpakai.

• Pateri Reflow:Profil reflow bebas plumbum (Pb-free) piawai dengan suhu puncak tidak melebihi 260°C biasanya sesuai. Jisim terma besar tab mungkin memerlukan penalaan profil yang berhati-hati untuk memastikan semua sendi pateri mencapai suhu reflow yang betul.
• Pengendalian:Langkah berjaga-jaga ESD (Nyahcas Elektrostatik) piawai harus dipatuhi, seperti semua peranti semikonduktor.
• Penyimpanan:Peranti harus disimpan dalam persekitaran kering dan terkawal. Julat suhu penyimpanan yang ditentukan adalah -55°C hingga +175°C.

6. Cadangan Aplikasi

6.1 Litar Aplikasi Biasa

• Diod Boost dalam Peringkat PFC:Pensuisan pantas dan QC rendahnya meminimumkan kerugian pensuisan pada frekuensi tinggi (contohnya, 65-100 kHz), meningkatkan kecekapan PFC. VRRM tinggi sesuai untuk reka bentuk input sejagat (85-265VAC).
• Penerus Output dalam Penukar Resonan LLC:Ciri pemulihan berbalik sifar menghapuskan kerugian pemulihan berbalik, yang merupakan kelebihan utama dalam topologi resonan frekuensi tinggi, membawa kepada operasi yang lebih sejuk dan kecekapan yang lebih tinggi.
• Diod Roda Bebas/Pengapit dalam Pemacu Motor dan Penyongsang:Digunakan secara selari dengan MOSFET atau IGBT pensuisan untuk menyediakan laluan untuk arus beban induktif. Pensuisan pantas menghalang lonjakan voltan dan mengurangkan tekanan pada suis utama.
• Mikro-penyongsang Solar dan Penyongsang Rentetan:Mendapat manfaat daripada operasi kecekapan tinggi dan suhu tinggi dalam persekitaran luar.
• Penukar AC/DC dan DC/DC Berketumpatan Tinggi:Gabungan keupayaan frekuensi tinggi dan kadaran suhu tinggi membolehkan komponen magnet dan penyejuk haba yang lebih kecil, meningkatkan ketumpatan kuasa.

6.2 Pertimbangan Reka Bentuk

• Pengurusan Terma:Walaupun RθJCnya rendah, penyejukan haba yang betul adalah penting. Pad PCB untuk tab mesti disambungkan ke satah kuprum besar atau penyejuk haba luaran untuk menggunakan kadaran arus dan kuasa penuh. Via terma di bawah pad boleh membantu memindahkan haba ke lapisan dalam atau bawah.
• Peranti Selari:Spesifikasi menyebut manfaat "Peranti Selari Tanpa Lari Haba". Ini adalah disebabkan oleh pekali suhu positif voltan hadapan dalam diod Schottky SiC. Apabila satu peranti menjadi lebih panas, VFnya meningkat sedikit, menyebabkan arus dikongsi lebih sekata dengan peranti selari yang lebih sejuk, menggalakkan perkongsian arus yang stabil.
• Litar Snubber:Walaupun diod itu sendiri sangat pantas, parasit litar (induksi sesat) masih boleh menyebabkan lonjakan voltan semasa pemadaman. Litar snubber (RC atau RCD) mungkin diperlukan dalam beberapa aplikasi di/dt tinggi untuk mengapit lonjakan ini dan melindungi diod dan komponen lain.
• Pertimbangan Pemacu 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 pemacu gerbang MOSFET/IGBT rakan untuk mengelakkan isu seperti pencetus palsu disebabkan oleh kesan Miller.

7. Perbandingan Teknikal dan Kelebihan

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

• Arus Pemulihan Berbalik Sifar (Qrr=0):Ini adalah kelebihan paling ketara berbanding diod simpang PN silikon. Ia menghapuskan sepenuhnya kerugian pemulihan berbalik dan bunyi pensuisan berkaitan, membolehkan kecekapan dan frekuensi yang lebih tinggi.
• Voltan Hadapan Lebih Rendah daripada Diod SiC Awal:Diod Schottky SiC moden telah mengurangkan VF dengan ketara, menutup jurang dengan diod silikon sambil mengekalkan semua manfaat kelajuan tinggi dan suhu tinggi.
• Suhu Operasi Lebih Tinggi:Suhu simpang maksimum 175°C berbanding biasanya 150°C untuk silikon, menawarkan margin reka bentuk dan kebolehpercayaan yang lebih besar dalam persekitaran panas.
• Keupayaan Lonjakan Unggul:Kadaran IFSM yang baik untuk saiznya, memberikan keteguhan.
• Vs. Diod Badan MOSFET SiC:Walaupun diod badan MOSFET SiC juga adalah diod PIN dengan pemulihan berbalik yang lemah, menggunakan Schottky SiC berasingan sebagai diod roda bebas sering lebih disukai dalam litar pensuisan keras untuk mengelakkan kerugian diod badan.

8. Soalan Lazim (FAQ)

Q: Apakah maksud praktikal "Pemulihan Berbalik Sifar" untuk reka bentuk saya?

A: Ia bermakna anda boleh mengabaikan kerugian pemulihan berbalik dalam pengiraan kecekapan anda. Ia juga memudahkan reka bentuk snubber dan mengurangkan gangguan elektromagnet (EMI) yang dihasilkan semasa pemadaman diod.

Q: Kes disambungkan ke katod. Bagaimana saya mengasingkannya jika diperlukan?

A: Pengasingan elektrik memerlukan penggunaan pad terma penebat (contohnya, mika, silikon) antara tab diod dan penyejuk haba, bersama dengan mesin bahu penebat untuk skru pemasangan. Ini menambah rintangan terma, jadi pertukaran mesti dikira.

Q: Bolehkah saya menggunakan diod ini pada kadaran penuh 8A secara berterusan?

A: Hanya jika anda boleh mengekalkan suhu kes pada atau di bawah 135°C. Arus berterusan sebenar akan lebih rendah jika reka bentuk terma menghasilkan suhu kes yang lebih tinggi. Gunakan penyerakan kuasa (PD) dan rintangan terma (RθJC) untuk mengira kerugian kuasa maksimum yang dibenarkan untuk penyejuk haba dan keadaan ambien khusus anda, kemudian terbitkan arus dari lengkung VF.

Q: Mengapakah parameter QC penting?

A: QC mewakili tenaga yang disimpan dalam kapasitans simpang diod. Semasa pemasaan suis bertentangan dalam litar, cas ini mesti dikeluarkan, menyebabkan lonjakan arus. QC yang lebih rendah mengurangkan lonjakan ini, mengurangkan kerugian pensuisan dalam suis kawalan dan mengurangkan tekanan pada kedua-dua komponen.

9. Kajian Kes Reka Bentuk Praktikal

Senario:Mereka bentuk unit bekalan kuasa (PSU) pelayan 500W, kecekapan 80Plus Titanium dengan peringkat PFC tiang totem tanpa jambatan beroperasi pada 100 kHz.

Cabaran:Diod ultrafast silikon tradisional dalam kedudukan boost PFC menunjukkan kerugian pemulihan berbalik yang ketara pada 100 kHz, menghadkan kecekapan dan menyebabkan isu pengurusan terma.

Penyelesaian:Melaksanakan diod Schottky SiC 650V sebagai diod boost.

Pelaksanaan & Hasil:

1. Diod diletakkan dalam kedudukan diod boost standard.

2. Disebabkan pemulihan berbalik sifarnya, kerugian pensuisan pemadaman hampir dihapuskan.

3. Qc rendah mengurangkan kerugian pemasaan MOSFET pelengkap.

4. Kadaran tinggi 175°C membolehkannya diletakkan berhampiran komponen panas lain.

5. Keputusan:Kecekapan peringkat PFC yang diukur meningkat ~0.7% pada beban penuh berbanding alternatif silikon terbaik. Ini secara langsung menyumbang kepada memenuhi piawaian kecekapan Titanium yang ketat. Tambahan pula, diod beroperasi lebih sejuk, membolehkan susun atur yang lebih padat atau keperluan aliran udara yang dikurangkan, meningkatkan ketumpatan kuasa.

10. Prinsip Operasi

Diod Schottky dibentuk oleh simpang logam-semikonduktor, tidak seperti diod simpang PN standard yang menggunakan simpang semikonduktor-semikonduktor. Dalam diod Schottky Silikon Karbida, semikonduktor adalah SiC. Simpang logam-SiC mencipta halangan Schottky yang membolehkan konduksi pembawa majoriti sahaja (elektron dalam SiC jenis-N). Ini berbeza dengan diod PN, di mana konduksi melibatkan kedua-dua pembawa majoriti dan minoriti (arus resapan).

Ketidakhadiran suntikan dan penyimpanan pembawa minoriti adalah sebab asas untuk kekurangan pemulihan berbalik. Apabila voltan merentasi diod Schottky berbalik, tiada cas minoriti tersimpan yang perlu disapukan keluar dari kawasan hanyut; arus hanya berhenti hampir serta-merta sebaik sahaja pembawa dikosongkan dari simpang. Ini menghasilkan ciri "pemulihan berbalik sifar". Pensuisan pantas adalah akibat langsung mekanisme konduksi unipolar ini.

11. Trend Teknologi

Peranti kuasa Silikon Karbida adalah teknologi pemudah utama untuk trend berterusan ke arah kecekapan lebih tinggi, frekuensi lebih tinggi, dan ketumpatan kuasa lebih tinggi merentasi semua segmen elektronik kuasa. Pasaran untuk diod SiC didorong oleh beberapa faktor:

• Kenderaan Elektrik (EV):Permintaan untuk pengecas atas kapal (OBC) lebih pantas, penukar DC-DC lebih cekap, dan penyongsang daya tarikan dengan frekuensi pensuisan lebih tinggi.
• Tenaga Boleh Diperbaharui:Penyongsang solar dan angin mendapat manfaat daripada kecekapan lebih tinggi, yang meningkatkan hasil tenaga, dan keupayaan suhu lebih tinggi, yang meningkatkan kebolehpercayaan dalam pemasangan luar.
• Pusat Data & Telekom:Dorongan untuk kecekapan lebih tinggi (contohnya, 80Plus Titanium) dan peningkatan ketumpatan kuasa rak memerlukan penggunaan komponen maju seperti diod SiC dalam PSU pelayan dan penerus.
• Pemacu Motor Perindustrian:Mencari lebar jalur kawalan dan kecekapan yang lebih tinggi.

Trend untuk diod Schottky SiC khususnya adalah ke arah penurunan voltan hadapan yang lebih rendah (mengurangkan kerugian konduksi), ketumpatan arus lebih tinggi (saiz die lebih kecil untuk kadaran tertentu), dan peningkatan kebolehpercayaan dan pengurangan kos melalui skala pembuatan dan kematangan proses. Integrasi dengan MOSFET SiC dalam modul multi-cip juga adalah trend yang semakin berkembang.