TO-220-2L Diode ya SiC Schottky - 650V 4A - Kifurushi 15.6x9.99x4.5mm - Hati ya Kiufundi ya Kiswahili

1. Muhtasari wa Bidhaa

Hati hii inaelezea kwa kina vipimo vya Diode ya Juu ya Utendaji ya Silicon Carbide (SiC) Schottky Barrier. Kifaa hiki kimeundwa kwa matumizi ya umeme wa nguvu yanayohitaji ufanisi wa juu, uendeshaji wa mzunguko wa juu, na utendaji bora wa joto. Kimefungwa katika kifurushi cha kawaida cha TO-220-2L, kinatoa suluhisho thabiti kwa saketi ngumu za ubadilishaji wa nguvu.

Faida ya msingi ya diode hii iko katika matumizi yake ya teknolojia ya Silicon Carbide, ambayo kimsingi hutoa kushuka kwa voltage ya mbele ya chini na malipo ya karibu sifuri ya kurejesha nyuma ikilinganishwa na diode za kawaida za silikoni za kiunganishi cha PN. Hii inasababisha moja kwa moja kupungua kwa hasara za uendeshaji na kubadilisha, kuwezesha ufanisi wa juu wa mfumo na msongamano wa nguvu.

2. Uchambuzi wa kina wa Vigezo vya Kiufundi

2.1 Sifa za Umeme

Vigezo muhimu vya umeme hufafanua mipaka ya uendeshaji na utendaji wa kifaa.

• Voltage ya Kilele ya Kurudia Nyuma (VRRM):650V. Hii ndiyo voltage ya juu ya papo hapo ya nyuma ambayo diode inaweza kustahimili mara kwa mara.
• Msururu wa Mbele Unaendelea (IF):4A. Msururu wa juu wa DC ambao kifaa kinaweza kuendesha kuendelea, unaozuiwa na sifa zake za joto.
• Voltage ya Mbele (VF):Kwa kawaida 1.4V kwa IF=4A na Tj=25°C, na upeo wa 1.75V. VF hii ya chini ni alama ya teknolojia ya SiC Schottky, inapunguza hasara za uendeshaji.
• Msururu wa Nyuma (IR):Kwa kawaida 1µA kwa VR=520V na Tj=25°C. Msururu huu mdogo wa uvujaji unachangia ufanisi wa juu katika hali ya kuzuia.
• Malipo ya Jumla ya Uwezo (QC):6.4nC (Kwa kawaida) kwa VR=400V. Hii ni kigezo muhimu cha hesabu ya hasara ya kubadilisha, kinachowakilisha malipo ambayo lazima yatolewe/kutolewa wakati wa kila mzunguko wa kubadilisha. Thamani ya chini huwezesha kubadilisha kwa kasi.

2.2 Vipimo Vya Juu na Sifa za Joto

Vipimo vya juu kabisa hufafanua mipaka ya mkazo ambayo uharibifu wa kudumu unaweza kutokea.

• Msururu wa Mbele wa Mshindo usiorudiwa (IFSM):19A kwa pigo la nusu-sine la 10ms kwa Tc=25°C. Kipimo hiki kinaonyesha uwezo wa kifaa kushughulikia matukio ya msururu mfupi au wa kuingilia.
• Joto la Kiunganishi (TJ):Upeo wa 175°C. Kikomo cha juu cha uendeshaji wa kuaminika.
• Uvujaji wa Jumla wa Nguvu (PD):33W kwa Tc=25°C. Hii ndiyo nguvu ya juu ambayo kifurushi kinaweza kutokwa chini ya hali bora za kupoa kwa joto hilo la kifurushi.
• Upinzani wa Joto, Kiunganishi-hadi-Kifurushi (RθJC):4.5°C/W (Kwa kawaida). Upinzani huu wa chini wa joto ni muhimu sana kwa uhamisho bora wa joto kutoka kwa die ya silikoni hadi kwenye kizuizi cha joto kupitia kifurushi cha kifurushi, kuwezesha usimamizi wa nguvu za juu.

3. Uchambuzi wa Mviringo wa Utendaji

Hati ya maelezo hutoa mikunjo kadhaa muhimu ya sifa kwa ubunifu na uigaji.

• Sifa za VF-IF:Grafu hii inaonyesha uhusiano kati ya voltage ya mbele na msururu wa mbele katika halijoto tofauti za kiunganishi. Inatumika kuhesabu hasara za uendeshaji (Pcond = VF * IF).
• Sifa za VR-IR:Inaonyesha msururu wa uvujaji wa nyuma kama kazi ya voltage ya nyuma na joto, muhimu kwa kutathmini hasara za hali ya kuzima.
• Sifa za VR-Ct:Inaonyesha jinsi uwezo wa kiunganishi wa diode unavyobadilika kulingana na voltage ya nyuma iliyotumika. Uwezo huu usio wa mstari unaathiri kasi ya kubadilisha na milio.
• Sifa za Upeo wa Ip – TC:Inaonyesha kupunguzwa kwa msururu wa mbele unaoruhusiwa kama kazi ya joto la kifurushi.
• Mviringo wa Kupunguzwa kwa Uvujaji wa Nguvu:Inaonyesha jinsi uvujaji wa juu unaoruhusiwa wa nguvu unavyopungua kadiri joto la kifurushi linavyoongezeka.
• Sifa za IFSM – PW:Hutoa uwezo wa msururu wa mshindo kwa upana tofauti wa pigo, muhimu kwa uteuzi wa fyuzi na ubunifu wa ulinzi wa mzigo kupita kiasi.
• Sifa za EC-VR:Inapanga nishati ya uwezo iliyohifadhiwa (EC) dhidi ya voltage ya nyuma, inayotokana na mviringo wa uwezo, inayotumika kwa uchambuzi wa hasara ya kubadilisha.
• Mviringo wa Upinzani wa Joto wa Muda Mfupi:Muhimu kwa kutathmini utendaji wa joto wakati wa pigo fupi za nguvu, ambapo wingi wa joto wa kifurushi unakuwa muhimu.

Ingawa wasifu maalum wa reflow hayajaelezwa kwa kina katika dondoo hili, mambo ya jumla ya kifurushi cha TO-220 yanatumika:

4.1 Muundo na Vipimo vya Kifurushi

Kifaa kinatumia kifurushi cha kawaida cha tasnia cha TO-220-2L (2-Lead) cha kupenya shimo. Vipimo muhimu vinajumuisha:

• Urefu wa Jumla (D): 15.6 mm (Kwa kawaida)
• Upana wa Jumla (E): 9.99 mm (Kwa kawaida)
• Urefu wa Jumla (A): 4.5 mm (Kwa kawaida)
• Pitch ya Kiongozi (e1): 5.08 mm (Msingi)
• Umbali wa Shimo la Kufunga (E3): 8.70 mm (Kumbukumbu)
• Kipenyo cha Shimo la Kufunga: 1.70 mm (Kumbukumbu)

Kifurushi kimeundwa kwa ufungaji rahisi kwenye kizuizi cha joto kwa kutumia skrubu ya M3 au 6-32, na wakati uliobainishwa wa juu wa kufunga wa 8.8 N·m.

4.2 Usanidi wa Pini na Utambuzi wa Ubaguzi

Usanidi wa pini ni wa moja kwa moja:

• Pini 1:Cathode (K)
• Pini 2:Anode (A)
• Kifurushi (Tab):Imeunganishwa kwa umeme na Cathode (K). Muunganisho huu ni muhimu kwa muundo wa saketi ya umeme na usimamizi wa joto, kwani tab kwa kawaida hutumiwa kwa kizuizi cha joto.

Usanidi ulipendekezwa wa pedi ya kufunga kwenye uso kwa viongozi pia umetolewa kwa kumbukumbu ya ubunifu wa PCB.

5. Mwongozo wa Kuuza na Usanikishaji

While specific reflow profiles are not detailed in this excerpt, general considerations for TO-220 packages apply:

• Ushughulikiaji:Zingatia tahadhari za kawaida za ESD (Utoaji wa Umeme wa Tuli) kama ilivyo kwa vifaa vyote vya semiconductor.
• Kufunga:Tumia nyenzo ya kiolesura cha joto (grissi au pedi) kati ya tab ya kifurushi na kizuizi cha joto ili kupunguza upinzani wa joto. Shika wakati uliobainishwa wa juu wa 8.8 N·m ili kuepuka kuharibu kifurushi au PCB.
• Kuuza:Kwa kufunga kupenya shimo, mbinu za kawaida za kuuza kwa wimbi au kwa mkono zinaweza kutumika. Viongozi vinafaa kwa kufunga. Usanidi ulipendekezwa wa pedi unapaswa kufuatwa kwa uundaji bora wa kiunganishi cha kuuza na nguvu ya mitambo.
• Hifadhi:Hifadhi katika mazingira kavu, ya kuzuia umeme tuli ndani ya safu maalum ya joto la kuhifadhi la -55°C hadi +175°C.

6. Mapendekezo ya Matumizi

6.1 Saketi za Kawaida za Matumizi

Hati ya maelezo inaorodhesha wazi matumizi kadhaa muhimu ambapo faida za diode za SiC Schottky zinaonekana zaidi:

• Sahihisho la Sababu ya Nguvu (PFC) katika Vifaa vya Usambazaji wa Nguvu vya Kubadilisha-Mode (SMPS):Kasi ya juu ya kubadilisha na Qc ya chini hupunguza kwa kiasi kikubwa hasara za kubadilisha katika diode ya kuongeza ya hatua za PFC, kuboresha ufanisi wa jumla, haswa katika masafa ya juu ya laini.
• Vibadilishaji vya Jua:Inatumika katika saketi za kusafisha pato au njia za bure ili kupunguza hasara, kuongeza mavuno ya nishati kutoka kwa paneli za fotovoltik.
• Vifaa vya Usambazaji wa Nguvu visivyokatika (UPS):Inaboresha ufanisi katika sehemu za kibadilishaji/cha kuchaji, kusababisha gharama za chini za uendeshaji na mahitaji madogo ya kupoa.
• Madereva ya Motor:Hutumika kama diode za bure katika madaraja ya kibadilishaji, kuwezesha masafa ya juu ya kubadilisha kwa uendeshaji wa kimya wa motor na udhibiti bora.
• Vifaa vya Usambazaji wa Nguvu vya Kituo cha Data:Hamasa ya ufanisi wa juu (mfano, 80 Plus Titanium) katika PSU za seva hufanya sifa za hasara ndogo za diode hii kuwa za thamani kubwa.

6.2 Mambo ya Kuzingatia katika Ubunifu

• Usimamizi wa Joto:RθJC ya chini huruhusu kupoa kwa ufanisi, lakini kizuizi cha joto cha ukubwa sahihi bado ni muhimu ili kuweka joto la kiunganishi chini ya 175°C chini ya hali mbaya za uendeshaji. Tumia mviringo wa kupunguzwa kwa uvujaji wa nguvu kwa ubunifu.
• Tabia ya Kubadilisha:Wakati hasara za kurejesha zinaweza kupuuzwa, tabia ya kubadilisha ya uwezo (inayofafanuliwa na Qc) bado inahitaji kuzingatiwa. Qc ya chini hupunguza hasara za kuwasha katika swichi inayopingana katika usanidi wa daraja.
• Uendeshaji Sambamba:Mgawo wa joto chanya wa voltage ya mbele (VF huongezeka kwa joto) husaidia katika usambazaji wa msururu wakati diode nyingi zimeunganishwa sambamba, kusaidia kuzuia kukimbia kwa joto.
• Saketi za Snubber:Kutokana na kubadilisha kwa haraka sana, umakini unapaswa kulipwa kwa inductance ya vimelea katika usanidi wa saketi ili kupunguza kupita kiasi kwa voltage na milio. Saketi ya RC ya snubber inaweza kuwa muhimu kulingana na usanidi.

7. Ulinganisho wa Kiufundi na Faida

Ikilinganishwa na diode za kawaida za silikoni za kurejesha haraka (FRDs) au hata diode za kurejesha haraka sana (UFRDs), diode hii ya SiC Schottky inatoa faida tofauti:

• Malipo ya Karibu Sifuri ya Kurejesha Nyuma (Qrr):Tofauti na diode za kiunganishi cha PN, diode za Schottky ni vifaa vya wabebaji wengi. Hazina malipo ya wabebaji wachache yaliyohifadhiwa ambayo lazima yarejeshwe wakati zinabadilishwa kutoka kwa upendeleo wa mbele hadi wa nyuma. Hii huondoa hasara za kurejesha nyuma na kelele zinazohusiana.
• Kushuka kwa Chini kwa Voltage ya Mbele:Katika misururu ya kawaida ya uendeshaji, VF ya diode hii ya SiC inashindana na au ni ya chini kuliko diode za juu-voltage za silikoni za Schottky, ambazo kwa ujumla zimewekwa kikomo chini ya 200V.
• Uendeshaji wa Joto la Juu:Sifa za nyenzo za Silicon Carbide huruhusu uendeshaji wa kuaminika katika halijoto za juu za kiunganishi (175°C upeo) ikilinganishwa na mbadala nyingi za silikoni.
• Uwezo wa Mzunguko:Mchanganyiko wa Qc ya chini na hakuna Qrr huwezesha uendeshaji katika masafa ya juu zaidi ya kubadilisha, kuruhusu vipengele vidogo vya sumaku (inductors, transfoma) na capacitors katika mfumo.

8. Maswali Yanayoulizwa Mara kwa Mara (Kulingana na Vigezo vya Kiufundi)

8.1 Faida kuu ya kiwango cha chini cha Qc (6.4nC) ni nini?

Malipo ya chini ya Jumla ya Uwezo (Qc) husababisha moja kwa moja hasara ndogo za kubadilisha. Wakati wa kila mzunguko wa kubadilisha, nishati inayohitajika kuchaji na kutokwa uwezo wa kiunganishi wa diode (E = 1/2 * C * V^2, au inayohusiana sawa na Qc) hupotea. Qc ya chini inamaanisha nishati ndogo hupotea kwa kila mzunguko, kuwezesha uendeshaji wa mzunguko wa juu na ufanisi bora.

8.2 Kifurushi kimeunganishwa na cathode. Hii inaathiri vipi muundo wangu?

Muunganisho huu ni muhimu kwa sababu mbili:Kwa umeme:Kizuizi cha joto kitakuwa katika uwezo wa cathode. Lazima uhakikishe kizuizi cha joto kimetengwa vizuri kutoka kwa vifaa vingine au ardhi ya chasi ikiwa cathode haiko katika uwezo wa ardhi katika saketi yako. Washers na vifungo vya kutengeneza kwa kawaida vinahitajika.Kwa joto:Hutoa njia bora ya joto ya upinzani wa chini kutoka kwa die ya silikoni (kiunganishi) hadi kwenye kizuizi cha joto cha nje kupitia tab ya chuma, ambayo ni muhimu kwa kutokwa joto.

8.3 Naweza kutumia diode hii kubadilisha diode ya silikoni yenye kiwango sawa cha voltage/msururu?

Mara nyingi, ndio, lakini ubadilishaji wa moja kwa moja hauwezi kutoa matokeo bora. Diode ya SiC kwa uwezekano mkubwa itaendeshwa kwa baridi zaidi kutokana na hasara ndogo. Hata hivyo, lazima utathmini upya: 1)Snubbing/Milio:Kubadilisha kwa haraka zaidi kunaweza kuchochea inductance za vimelea zaidi, kwa uwezekano kuhitaji mabadiliko ya usanidi au snubber. 2)Kuendesha Lango:Ikiwa unabadilisha diode ya bure katika daraja, swichi inayopingana inaweza kupata pigo la juu zaidi la msururu la kuwasha kutokana na uwezo wa diode (ingawa hakuna kurejesha nyuma). Dereva anapaswa kuangaliwa kwa uwezo. 3)Ubunifu wa Joto:Wakati hasara ni ndogo, thibitisha hesabu mpya za hasara na uhakikishe kizuizi cha joto bado kinatosha, ingawa sasa kinaweza kuwa kikubwa kupita kiasi.

9. Uchambuzi wa Kesi ya Ubunifu wa Vitendo

Hali:Kubuni hatua ya 500W, 100kHz ya kuongeza Sababu ya Nguvu (PFC) na pato la 400VDC.

Sababu za Uchaguzi:Diode ya kuongeza katika saketi ya PFC inafanya kazi katika hali ya uendeshaji endelevu (CCM) kwa mzunguko wa juu. Diode ya kawaida ya silikoni ya 600V ya kurejesha haraka sana inaweza kuwa na Qrr ya 50-100nC na Vf ya 1.7-2.0V. Hasara za kubadilisha (sawasawa na Qrr * Vout * fsw) na hasara za uendeshaji (Vf * Iavg) zingekuwa kubwa.

Kutumia Diode hii ya SiC Schottky:

• Hasara za Kubadilisha:Hasara ya kurejesha nyuma huondolewa. Hasara iliyobaki ya kubadilisha ya uwezo inategemea Qc=6.4nC, ambayo ni kiwango kimoja chini ya Qrr ya diode ya silikoni.
• Hasara za Uendeshaji:Kwa Vf ya kawaida ya 1.4V dhidi ya 1.8V, hasara ya uendeshaji hupunguzwa zaidi ya 20%.
• Matokeo:Hasara ya jumla ya diode hupunguzwa kwa kiasi kikubwa. Hii huruhusu ama: a) Ufanisi wa juu wa mfumo, kukidhi viwango vikali kama 80 Plus Titanium, au b) Uendeshaji katika mzunguko wa juu zaidi wa kubadilisha (mfano, 150-200kHz), kuwezesha matumizi ya inductor ndogo, nyepesi ya kuongeza. Uzalishaji mdogo wa joto pia hurahisisha usimamizi wa joto, kwa uwezekano kuruhusu kizuizi kidogo cha joto.

10. Utangulizi wa Kanuni ya Uendeshaji

Diode ya kizuizi cha Schottky huundwa na kiunganishi cha chuma-semiconductor, tofauti na kiunganishi cha kawaida cha semiconductor cha P-N cha diode. Katika diode hii ya SiC Schottky, mawasiliano ya chuma hufanywa kwa Silicon Carbide (hasa, SiC ya aina-N).

Tofauti ya msingi iko katika usafirishaji wa malipo. Katika diode ya PN, uendeshaji wa mbele unahusisha kuingiza wabebaji wachache (mashimo ndani ya upande wa N, elektroni ndani ya upande wa P) ambayo huhifadhiwa. Wakati voltage inarudi nyuma, wabebaji hawa waliohifadhiwa lazima waondolewe (waunganishwe tena au wafutwe) kabla ya diode kuweza kuzuia voltage, na kusababisha msururu wa kurejesha nyuma na hasara.

Katika diode ya Schottky, uendeshaji hutokea kupitia mtiririko wa wabebaji wengi (elektroni katika N-SiC) juu ya kizuizi cha chuma-semiconductor. Hakuna wabebaji wachache wanaoingizwa na kuhifadhiwa. Kwa hivyo, wakati voltage iliyotumika inarudi nyuma, diode inaweza kusitisha kuendesha karibu papo hapo kwa kuwa elektroni zinavutwa nyuma tu. Hii husababisha wakati wa karibu sifuri wa kurejesha nyuma na malipo (Qrr). Substrate ya Silicon Carbide hutoa sifa za nyenzo zinazohitajika kufikia voltage ya kuvunja ya juu (650V) huku ikidumisha kushuka kwa voltage ya mbele ya chini na uendeshaji bora wa joto.

11. Mienendo ya Teknolojia

Vifaa vya nguvu vya Silicon Carbide (SiC) vinawakilisha mwelekeo muhimu katika umeme wa nguvu, unaoendeshwa na mahitaji ya kimataifa ya ufanisi wa juu, msongamano wa nguvu, na uaminifu. Mienendo mikuu inajumuisha:

• Kupima Voltage:Wakati 650V ni voltage kuu kwa matumizi kama PFC na jua, diode za SiC Schottky sasa zinapatikana kwa kawaida kwa 1200V na 1700V, zikishindana moja kwa moja na diode za bure za silikoni za IGBT na kuwezesha matumizi mapya katika vibadilishaji vya kuvuta magari ya umeme na madereva ya viwanda.
• Ushirikishaji:Kuna harakati ya kuelekea kufunga pamoja diode za SiC Schottky na MOSFETs za Silikoni au SiC katika moduli za kawaida za nguvu, kuunda vizuizi vya ujenzi vilivyoboreshwa vya "daraja-nusu" au "daraja-kamili" ambavyo hupunguza inductance ya vimelea.
• Kupunguza Gharama:Kadiri utengenezaji wa wafers unavyoongezeka na msongamano wa kasoro unavyoongezeka, gharama ya ziada ya SiC ikilinganishwa na silikoni inaendelea kupungua, ikiharakisha kupitishwa katika matumizi mengi yanayohitaji gharama ndogo kama vile vifaa vya usambazaji wa nguvu vya watumiaji na magari.
• Teknolojia ya Nyongeza:Uundaji wa MOSFETs na JFETs za SiC ni wa ushirikiano. Kutumia diode ya SiC Schottky kama diode ya bure au ya kuongeza pamoja na swichi ya SiC huunda hatua ya nguvu ya SiC yote inayoweza kufanya kazi katika masafa ya juu sana na halijoto na hasara ndogo.

Kifaa kilichoelezewa katika hati hii ya maelezo ni kijenzi cha msingi ndani ya mabadiliko haya makubwa ya kiteknolojia kuelekea semiconductor za upana wa bendi katika ubadilishaji wa nguvu.