Ficha Técnica do Diodo Schottky de SiC 650V em Pacote TO-252-3L - Dimensões 6.6x9.84x2.3mm - Tensão 650V - Corrente 10A - Documentação Técnica em Português

1. Visão Geral do Produto

Este documento fornece as especificações técnicas completas para um diodo de barreira Schottky (SBD) de alto desempenho em Carbeto de Silício (SiC). O dispositivo foi projetado para aplicações de comutação de alta tensão e alta frequência, onde a eficiência e a gestão térmica são críticas. Ele é encapsulado no pacote de montagem em superfície padrão do setor TO-252-3L (DPAK), oferecendo uma interface térmica e elétrica robusta para projetos de circuitos de potência.

A vantagem central deste diodo Schottky de SiC reside nas suas propriedades do material. Ao contrário dos diodos de junção PN de silício tradicionais, um diodo Schottky possui uma junção metal-semicondutor, que por natureza proporciona uma queda de tensão direta (V_F) mais baixa e, crucialmente, uma carga de recuperação reversa (Q_c) praticamente nula. Esta combinação reduz significativamente tanto as perdas por condução quanto as de comutação, permitindo maior eficiência do sistema e densidade de potência.

Os mercados-alvo para este componente são sistemas avançados de conversão de potência. Seus principais benefícios de alta eficiência e comutação de alta velocidade tornam-no ideal para fontes de alimentação modernas, compactas e de alta confiabilidade.

2. Análise Aprofundada dos Parâmetros Técnicos

2.1 Características Elétricas

Os parâmetros elétricos definem os limites operacionais e o desempenho do diodo sob várias condições.

• Tensão Reversa de Pico Repetitiva (V_RRM):650V. Esta é a tensão reversa máxima que o diodo pode suportar repetidamente. Define a classificação de tensão para aplicações como estágios de Correção de Fator de Potência (PFC) operando a partir da rede elétrica CA universal (85-265VCA).
• Corrente Direta Contínua (I_F):10A. Esta é a corrente direta média máxima que o dispositivo pode conduzir continuamente, limitada pelas suas características térmicas. A ficha técnica especifica isso a uma temperatura do encapsulamento (T_C) de 25°C.
• Tensão Direta (V_F):1,48V (Típ.) a I_F=10A, T_J=25°C. Esta V_Fbaixa é um benefício chave da tecnologia Schottky de SiC, reduzindo diretamente as perdas por condução (P_perda= V_F* I_F). Note que a V_Ftem um coeficiente de temperatura positivo, aumentando para aproximadamente 1,9V a uma temperatura de junção de 175°C.
• Corrente Reversa (I_R):2µA (Típ.) a V_R=520V, T_J=25°C. Esta baixa corrente de fuga contribui para alta eficiência no estado de bloqueio.
• Carga Capacitiva Total (Q_c):15nC (Típ.) a V_R=400V. Este é, sem dúvida, o parâmetro mais crítico para o desempenho de comutação. Q_crepresenta a carga que deve ser fornecida/deslocada para alterar a tensão através da capacitância da junção do diodo. Uma Q_cbaixa se traduz em perdas de comutação mínimas e permite operação em frequências muito altas.
• Energia Armazenada na Capacitância (E_C):2,2µJ (Típ.) a V_R=400V. Este parâmetro, derivado da capacitância da junção, indica a energia armazenada no campo elétrico do diodo quando polarizado reversamente. Deve ser considerado em projetos de circuitos ressonantes.

2.2 Especificações Máximas e Características Térmicas

Estes parâmetros definem os limites absolutos para operação segura e a capacidade do dispositivo de gerenciar calor.

• Corrente Direta Não Repetitiva de Surto (I_FSM):16A para uma meia onda senoidal de 10ms. Esta especificação indica a capacidade do diodo de suportar sobrecargas de curto prazo, como correntes de partida.
• Temperatura de Junção (T_J):Máxima 175°C. Operar o dispositivo acima desta temperatura pode causar danos permanentes.
• Resistência Térmica, Junção-Encapsulamento (R_θJC):3,2°C/W (Típ.). Esta baixa resistência térmica é crucial para uma transferência de calor eficaz do chip de silício para o encapsulamento e, subsequentemente, para o dissipador de calor ou PCB. A dissipação total de potência (P_D) é listada como 44W, mas isso é principalmente limitado pela T_Jmáxima e pela capacidade do sistema de remover calor (R_θCA).

3. Análise das Curvas de Desempenho

A ficha técnica inclui várias curvas características essenciais para engenheiros de projeto.

• V_F-I_FCaracterísticas:Este gráfico mostra a relação entre a tensão direta e a corrente direta em diferentes temperaturas de junção. É usado para calcular perdas de condução precisas sob condições reais de operação, não apenas no ponto típico de 25°C.
• V_R-I_RCaracterísticas:Ilustra a corrente de fuga reversa em função da tensão reversa e da temperatura. Isto é crítico para estimar perdas em modo de espera e garantir desempenho de bloqueio estável em altas temperaturas.
• V_R-C_tCaracterísticas:Mostra como a capacitância total do diodo (C_t) diminui com o aumento da tensão reversa (V_R). Esta capacitância não linear impacta o comportamento de comutação em alta frequência e o projeto de circuitos ressonantes.
• I_FMáxima vs. Temperatura do Encapsulamento (T_C):Uma curva de derating que define como a corrente direta contínua máxima permitida diminui à medida que a temperatura do encapsulamento aumenta. Isto é fundamental para o projeto térmico.
• Dissipação de Potência vs. Temperatura do Encapsulamento:Semelhante ao derating de corrente, esta curva mostra quanta potência o dispositivo pode dissipar com base na temperatura do seu encapsulamento.
• I_FSMvs. Largura de Pulso (P_W):Fornece a capacidade de corrente de surto para durações de pulso diferentes dos 10ms padrão, permitindo avaliar a tolerância a condições de falha.
• E_C-V_RCaracterísticas:Traça a energia capacitiva armazenada versus tensão reversa, útil para cálculos de perda em topologias de comutação suave.
• Resistência Térmica Transitória (Z_θJC) vs. Largura de Pulso:Esta curva é vital para avaliar o desempenho térmico durante pulsos curtos de comutação. A resistência térmica efetiva para um único pulso curto é menor que a R_θJC.

em regime permanente.

4. Informações Mecânicas e do Pacote

4.1 Dimensões do Pacote

• O dispositivo utiliza o pacote de montagem em superfície padrão do setor TO-252-3L (DPAK). As dimensões principais do desenho de contorno incluem:
• Comprimento Total (H): 9,84 mm (Típ.)
• Largura Total (E): 6,60 mm (Típ.)
• Altura Total (A): 2,30 mm (Típ.)
• Passo dos Terminais (e1): 2,28 mm (Básico)

Dimensões da Aba (D1 x E1): 5,23 mm x 4,83 mm (Típ.)

A grande aba metálica serve como o principal caminho térmico (conectado ao cátodo) e deve ser soldada adequadamente a uma trilha de cobre correspondente na PCB para uma dissipação de calor eficaz.

4.2 Configuração dos Terminais e Polaridade

• A pinagem é claramente definida:Terminal 1:
• Cátodo (K)Terminal 2:
• Ânodo (A)Encapsulamento (Aba):

Cátodo (K)Importante:

O encapsulamento (a grande aba metálica) está eletricamente conectado ao cátodo. Isto deve ser considerado durante o layout da PCB para evitar curtos-circuitos. A aba deve ser isolada de outras redes, a menos que intencionalmente conectada ao nó do cátodo.

4.3 Layout Recomendado para as Trilhas na PCB

É fornecido um footprint sugerido para montagem em superfície. Este layout é otimizado para confiabilidade da junta de solda e desempenho térmico. Normalmente inclui uma grande trilha central para a aba com vias térmicas para as camadas internas de cobre ou um dissipador de calor no lado inferior, além de duas trilhas menores para os terminais do ânodo e do cátodo.

5. Diretrizes para Soldagem e Montagem

• Embora perfis de refusão específicos não sejam detalhados neste excerto, aplicam-se diretrizes gerais para pacotes SMD de potência.Soldagem por Refluxo:
• Perfis de refluxo padrão sem chumbo (Pb-Free) são adequados. A grande massa térmica da aba pode exigir pequenos ajustes no perfil (por exemplo, tempo de pré-aquecimento mais longo ou temperatura de pico mais alta) para garantir o refluxo completo da solda sob a aba.Vias Térmicas:
• Para um desempenho térmico ideal, a trilha da PCB para a aba deve incorporar múltiplas vias térmicas preenchidas com solda durante o refluxo. Estas vias conduzem calor para planos de terra internos ou uma área de cobre no lado inferior.Torque de Montagem:
• Se um parafuso adicional for usado para fixar o pacote a um dissipador de calor (através do furo na aba), o torque máximo especificado é de 8,8 N·cm (ou 8 lbf-in) para um parafuso M3 ou 6-32. Exceder isso pode danificar o pacote.Condições de Armazenamento:

O dispositivo deve ser armazenado em um ambiente seco e antiestático dentro da faixa de temperatura de -55°C a +175°C.

6. Sugestões de Aplicação

6.1 Circuitos de Aplicação Típicos

• Este diodo é especificamente projetado para as seguintes aplicações:Correção de Fator de Potência (PFC) em Fontes Chaveadas (SMPS):_RRMUsado como diodo boost em circuitos PFC de modo de condução contínua (CCM) ou modo de transição (TM). Sua alta V_clida com a tensão elevada, enquanto sua baixa Q
• minimiza as perdas de comutação em altas frequências de PFC (geralmente 65-100 kHz+), melhorando a eficiência geral.Inversores Solares:
• Empregado no estágio boost de microinversores fotovoltaicos (PV) ou inversores string. A alta eficiência é fundamental para maximizar a colheita de energia.Fontes de Alimentação Ininterruptas (UPS):
• Usado nos estágios retificador/carregador e inversor para melhorar a eficiência e reduzir o tamanho.Acionamentos de Motores:
• Pode ser usado em posições de diodo de roda livre ou clamp em pontes inversoras que acionam motores, beneficiando-se da comutação de alta velocidade.Fontes de Alimentação para Data Centers:

Fontes de alimentação de servidores e retificadores de telecomunicações exigem eficiência muito alta (por exemplo, 80 Plus Titanium). As características deste diodo ajudam a atender a esses requisitos rigorosos.

• 6.2 Considerações de ProjetoProjeto Térmico:_{A baixa R}θJC
• só é eficaz se o calor for removido do encapsulamento. Área de cobre adequada na PCB, vias térmicas e possivelmente um dissipador de calor externo são necessários. Use as curvas de derating para determinar correntes operacionais seguras na sua temperatura máxima estimada do encapsulamento.Cálculo de Perdas de Comutação:_{Para aplicações de comutação dura, as perdas de comutação são principalmente capacitivas. A perda por ciclo pode ser aproximada como 0,5 * C}oss²(V) * V_{* f}sw_c. Os parâmetros Q_Ce E
• fornecem métodos mais precisos para estimativa de perdas.Operação em Paralelo:_FA ficha técnica afirma que o dispositivo é adequado para operação em paralelo sem fuga térmica. Isto se deve ao coeficiente de temperatura positivo da V_F; se um diodo aquece, sua V
• aumenta, fazendo com que a corrente se desloque para dispositivos paralelos mais frios, promovendo o compartilhamento natural de corrente.Circuitos Snubber:_{Devido à comutação muito rápida e baixa Q}rr

, diodos Schottky de SiC podem às vezes causar maior sobretensão (ringing) devido à indutância parasita. Layout cuidadoso para minimizar indutância parasita e potencialmente o uso de um snubber RC podem ser necessários.

7. Comparação Técnica e Vantagens

• Comparado com diodos de recuperação rápida de silício tradicionais (FRDs) ou mesmo com os diodos do corpo de MOSFETs de SiC, este diodo Schottky de SiC oferece vantagens distintas:vs. Diodo PN de Silício:_{A diferença mais significativa é a ausência de carga de recuperação reversa (Q}rr_{). Um diodo de silício tem uma Q}rr_cgrande, causando perdas de comutação significativas e picos de corrente de recuperação reversa. A Q
• do Schottky de SiC é puramente capacitiva, levando a "praticamente nenhuma perda de comutação", como afirmado nos benefícios.vs. Diodo Schottky de Silício:_FDiodos Schottky de silício têm V
• baixa e comutação rápida, mas são limitados a baixas tensões (tipicamente <200V). A tecnologia SiC permite o desempenho Schottky em tensões muito mais altas (650V e além).Maior Eficiência do Sistema:_FA combinação de V
• baixa e perdas de comutação insignificantes aumenta diretamente a eficiência da fonte de alimentação em toda a faixa de carga.Requisitos de Resfriamento Reduzidos:
• Menores perdas significam menos calor gerado. Isto pode permitir dissipadores de calor menores ou até mesmo resfriamento passivo, reduzindo custo, tamanho e peso do sistema.Operação em Frequência Mais Alta:

Permite que projetos de fontes de alimentação operem em frequências de comutação mais altas. Isto permite o uso de componentes magnéticos menores (indutores, transformadores), aumentando ainda mais a densidade de potência.

8. Perguntas Frequentes (Baseadas nos Parâmetros Técnicos)_FP: A V

é de 1,48V, o que parece mais alta do que alguns diodos de silício. Isto é uma desvantagem?_FR: Embora alguns diodos de silício possam ter uma V_Fmais baixa em baixas correntes, sua V_{aumenta significativamente em alta temperatura e corrente. Mais importante, as perdas de comutação de um diodo de silício (devido à Q}rr

) são tipicamente ordens de magnitude maiores do que as perdas de comutação capacitivas deste Schottky de SiC. A perda total (condução + comutação) do dispositivo SiC é quase sempre menor em aplicações de alta frequência.

P: Posso usar este diodo diretamente como substituto para um diodo de silício no meu circuito existente?

R: Não sem uma revisão cuidadosa. Embora a pinagem possa ser compatível, o comportamento de comutação é drasticamente diferente. A falta de corrente de recuperação reversa pode levar a maior sobretensão devido a parasitas do circuito. O acionamento da porta do transistor de comutação associado pode precisar de ajuste, e circuitos snubber podem exigir re-sintonização. O desempenho térmico também será diferente.

P: Qual é a principal causa de falha para este diodo?_{R: Os modos de falha mais comuns para diodos de potência são sobrecarga térmica (exceder T}Jmax_RRM) e sobrecarga de tensão (exceder V

devido a transitórios). Projeto térmico robusto, derating de tensão adequado e proteção contra picos de tensão (por exemplo, com diodos TVS ou snubbers RC) são essenciais para a confiabilidade.

9. Estudo de Caso Prático de ProjetoCenário:

Projetando uma fonte de alimentação para servidor de 500W, com eficiência 80 Plus Platinum e estágio PFC CCM na entrada.Escolha de Projeto:

Selecionando o diodo boost.Análise:_{Um diodo ultrafast de silício 600V tradicional pode ter uma Q}rr_cde 50-100 nC. Em uma frequência de comutação PFC de 100 kHz e uma tensão do barramento de 400V, a perda de comutação seria substancial. Ao usar este diodo Schottky de SiC com uma Q

de 15 nC, a perda de comutação capacitiva é reduzida em aproximadamente 70-85%. Esta economia de perda melhora diretamente a eficiência em plena carga em 0,5-1,0%, ajudando a atender o padrão Platinum. Além disso, a redução na geração de calor permite um dissipador de calor menor no estágio PFC, economizando espaço e custo no produto final.

10. Introdução ao Princípio de Funcionamento_c performance.

Um diodo Schottky é formado por uma junção metal-semicondutor, ao contrário de um diodo de junção PN padrão que usa semicondutor-semicondutor. Quando um metal adequado (por exemplo, Níquel) é depositado em uma pastilha de Carbeto de Silício (SiC) tipo N, uma barreira Schottky é criada. Sob polarização direta, elétrons do semicondutor ganham energia suficiente para atravessar esta barreira para o metal, permitindo o fluxo de corrente com uma queda de tensão relativamente baixa. Sob polarização reversa, a barreira se alarga, bloqueando a corrente. A distinção chave é que este é um dispositivo de portadores majoritários; não há injeção e subsequente armazenamento de portadores minoritários (buracos, neste caso) na região de deriva. Portanto, quando a tensão é invertida, não há carga armazenada que precise ser removida (recuperação reversa), apenas o carregamento/descarregamento da capacitância da junção. Esta física fundamental é o que permite a comutação de alta velocidade e a baixa Q

11. Tendências Tecnológicas_{Dispositivos de potência de Carbeto de Silício (SiC) representam uma tendência significativa na eletrônica de potência, indo além dos limites de material do silício tradicional. A banda proibida mais larga do SiC (3,26 eV para 4H-SiC vs. 1,12 eV para Si) fornece vantagens inerentes: campo elétrico de ruptura mais alto (permitindo camadas de deriva mais finas e de menor resistência para uma dada tensão), condutividade térmica mais alta (melhor dissipação de calor) e capacidade de operar em temperaturas mais altas. Para diodos, a estrutura Schottky em SiC permite a combinação de alta classificação de tensão com comutação rápida, uma combinação inatingível com o silício. O desenvolvimento contínuo foca em reduzir a resistência específica ligada (R}DS(on)_F) para MOSFETs de SiC e reduzir ainda mais a V