TO-220-2L SiC Schottky Diode Datasheet - 650V - 6A - 1.5V Forward Voltage - English Technical Document

1. Muhtasari wa Bidhaa

Waraka huu unaelezea kwa kina vipimo vya Diodi ya Ukuta wa Schottky (SBD) ya Silikoni Kabaiti (SiC) yenye utendaji wa hali ya juu, iliyowekwa kwenye kifurushi cha TO-220-2L. Kifaa hiki kimeundwa kwa matumizi ya ubadilishaji wa nguvu yenye voltage ya juu na masafa ya juu, ambapo ufanisi, usimamizi wa joto, na kasi ya kubadili-badili ni muhimu sana. Teknolojia ya SiC inatoa faida kubwa ikilinganishwa na diodi za kawaida za silikoni, hasa kutokana na sifa bora za nyenzo zake.

Faida kuu ya diodi hii iko katika muundo wake wa ukuta wa Schottky unaotumia Silikoni Kabaiti. Tofauti na diodi za kawaida za kiunganishi cha PN, diodi za Schottky ni vifaa vinavyotumia wabebaji wengi, jambo ambalo kimsingi huondoa chaji ya kurejesha nyuma (Qrr) na hasara zinazohusiana za kubadili-badili. Utumiaji huu maalum wa SiC huruhusu voltage ya juu ya kuzuia ya 650V huku ikiendelea kuwa na kushuka kwa voltage ya mbele (VF) kiasi na chaji ndogo ya uwezo (Qc), na kuwezesha uendeshaji kwenye masafa ya juu zaidi kuliko mbadala za silikoni.

1.1 Vipengele na Faida Muhimu

Sifa kuu za diode hii hubadilishwa moja kwa moja kuwa faida katika kiwango cha mfumo kwa wabunifu:

• Voltage ya Mbele ya Chini (VF = 1.5V kwa kawaida kwa 6A): Inapunguza hasara za uendeshaji, kuboresha moja kwa moja ufanisi wa mfumo na kutoa joto kidogo wakati wa uendeshaji.
• Kubadilisha kwa Kasi ya Juu bila Urejeshaji wa Nyuma: Kama kifaa cha Schottky, hakina wakati wa urejeshaji wa nyuma au malipo (Qrr). Hii inapunguza hasara za kubadilisha, inaruhusu uendeshaji wa masafa ya juu, na inapunguza usumbufu wa sumakuumeme (EMI).
• Uwezo wa Juu wa Mshindo wa Sasa (IFSM = 24A): Inatoa uthabiti dhidi ya mabadiliko ya papo hapo ya mkondo na hali ya msukumo wa kuanzia inayokutana kwa kawaida katika vifaa vya umeme na madereva ya motor.
• Joto la Juu la Kiungo (TJ,max = 175°C): Inawezesha uendeshaji katika mazingira yenye joto la juu la mazingira au kuruhusu matumizi ya vifaa vidogo vya kupoeza joto, na hivyo kuchangia kupunguza ukubwa na gharama ya mfumo.
• Uendeshaji Sambamba: Tabia chanya ya mgawo wa joto katika sifa ya voltage ya mbele husaidia kuzuia kukimbia kwa joto, na kufanya iwe salama zaidi kuunganisha vifaa vingi sambamba kwa matumizi ya mkondo wa juu.
• Kufuata Mazingira: Kifaa hiki hakina Plumbi, hakina Halojeni, na kinatii kanuni za RoHS, kikikidhi kanuni za kisasa za mazingira.

1.2 Matumizi Lengwa

Diodi hii inafaa kabisa kwa anuwai ya matumizi ya elektroniki ya nguvu, ikiwa ni pamoja na lakini sio tu:

• Saketi za Kurekebisha Sababu ya Nguvu (PFC) katika Vifaa vya Usambazaji wa Nguvu vya Switched-Mode (SMPS): Ubadilishaji wake wa haraka na kiwango cha juu cha voltage hufanya iwe kamili kwa hatua za kuongeza PFC, kuboresha ufanisi wa jumla wa usambazaji wa nguvu na ubora wa nguvu.
• Vigeuzi vya Jua: Inatumiwa katika nafasi za kipelekezi cha kuongeza au diodi ya bure ili kuongeza ufanisi wa mavuno ya nishati na ubadilishaji kutoka kwa paneli za jua.
• Vifaa vya Usambazaji wa Nguvu Visivyokatika (UPS): Inaboresha ufanisi na msongamano wa nguvu katika hatua za rektafaya na invelta.
• Madereva ya Motor: Inatumika kama diode ya bure au ya kukandamiza katika madaraja ya inverter, ikisaidia kubadilisha haraka na kupunguza hasara katika madereva ya masafa yanayobadilika (VFDs).
• Usambazaji wa Nguvu katika Kituo cha Data: Inachangia ufanisi wa juu katika vifaa vya usambazaji wa nguvu vya seva na vitengo vya usambazaji wa nguvu, ikipunguza gharama za uendeshaji na mahitaji ya baridi.

Uchambuzi wa kina wa Vigezo vya Kiufundi

Sehemu hii inatoa tafsiri ya kina na ya uwazi ya vigezo muhimu vya umeme na joto vilivyobainishwa kwenye karatasi ya data.

2.1 Maximum Ratings and Absolute Limits

Hizi ni mipaka ya mkazo ambayo haipaswi kuzidi chini ya hali yoyote ya uendeshaji ili kuhakikisha uaminifu na kuzuia uharibifu wa kudumu.

• Repetitive Peak Reverse Voltage (VRRM): 650V - Hii ndiyo kiwango cha juu cha voltage ya nyuma ya papo hapo ambacho diode inaweza kustahimili mara kwa mara. Kubuni na ukingo wa kutosha wa kupunguza mzigo (k.m., 20-30% chini ya thamani hii kwa voltage ya juu inayotarajiwa ya mfumo) ni muhimu kwa uimara wa muda mrefu.
• Mwendo wa Mbele Unaendelea (IF): 6A - Hii ndiyo kiwango cha juu cha sasa ya DC ambayo kifaa kinaweza kubeba kwa kuendelea wakati joto la kifaa (TC) liko kwenye 25°C. Katika matumizi halisi, joto la kifaa litakuwa juu zaidi, kwa hivyo sasa inayoendelea inayoweza kutumiwa hupunguzwa kulingana na upinzani wa joto na hali ya mazingira (angalia Sifa za Joto).
• Mwendo wa Mbele wa Mshindo Usiorudiwa (IFSM): 24A - Ukadir huu unaonyesha uwezo wa diode wa kushughulikia mkondo wa mafuriko wa muda mfupi (msimu nusu wa sine wa 10ms) usiorudiwarudia, kama wakati wa kuanzisha au hali ya hitilafu. Hii ni kigezo muhimu cha uthabiti.
• Junction Temperature (TJ): 175\u00b0C - Joto la juu linaloruhusiwa la kioo cha semiconductor yenyewe. Uendeshaji juu ya kikomo hiki unaweza kusababisha kushindwa mara moja au uharibifu ulioharakishwa.

2.2 Electrical Characteristics

These are the typical performance parameters under specified test conditions.

• Forward Voltage (VF): 1.5V (Typ) at IF=6A, TJ=25°C - Hii ni kigezo muhimu cha kuhesabu hasara ya uendeshaji (Ploss = VF * IF). Kumbuka kuwa VF huongezeka kwa joto la kiungo (hadi 1.9V kiwango cha juu kwenye 175°C), ambacho ni mgawo chanya wa joto. Tabia hii husaidia katika usambazaji wa sasa wakati vifaa vimeunganishwa sambamba.
• Reverse Leakage Current (IR): 0.8µA (Typ) at VR=520V, TJ=25°C - Hii ndiyo sasa ndogo inayotiririka wakati diode iko katika hali ya mkazo wa nyuma. Huongezeka kwa kiasi kikubwa kwa joto (9µA kawaida kwenye 175°C), na huchangia hasara katika hali ya kuzima, hasa kwenye joto la juu.
• Total Capacitive Charge (QC): 10nC (Typ) at VR=400V - This parameter quantifies the charge associated with the diode's junction capacitance. During switching, this charge must be supplied or removed, contributing to switching losses. The low QC value is a key advantage of SiC Schottky diodes, enabling high-frequency operation.
• Capacitance Stored Energy (EC): 1.5µJ (Typ) at VR=400V - Inawakilisha nishati iliyohifadhiwa katika uwezo wa diode kwenye voltage ya nyuma iliyotolewa (EC = 0.5 * C * V^2). Nishati hii hutolewa wakati wa kila mzunguko wa kubadili, na inachangia kwenye hasara.

2.3 Tabia za Joto

Usimamizi wa joto ni muhimu sana kwa utendakazi unaotegemewa na kufikia mkondo uliokadiriwa.

• Upinzani wa Joto, Kiungo-hadi-Kesi (RθJC): 2.1°C/W (Kawaida) - Hii ndio upinzani wa mtiririko wa joto kutoka kwenye kiungo cha semiconductor hadi kwenye kifuniko cha nje cha kifurushi cha TO-220. Thamani ya chini inaonyesha uhamisho bora wa joto kutoka kwenye die. Kigezo hiki kinatumika kuhesabu kupanda kwa halijoto ya kiungo juu ya halijoto ya kesi: ΔTJ = PD * RθJC, ambapo PD ni upotevu wa nguvu.
• Upotevu wa Nguvu Jumla (PD): 71W kwa TC=25°C - Hii ndiyo nguvu ya juu zaidi ambayo kifaa kinaweza kutawanya wakati kifurushi kinashikiliwa kwenye 25°C. Kwa mazoezi, hii ni kikomo cha kinadharia kinachotumiwa kukokotoa kupunguzwa kwa nguvu. Nguvu halisi ya juu zaidi ya kutawanya imedhamiriwa na halijoto ya juu zaidi ya makutano (175°C), upinzani wa joto, na halijoto ya heatsink/mazingira.

3. Uchambuzi wa Mkunjo wa Utendaji

Grafu za kawaida za utendaji hutoa ufahamu wa kuona kuhusu tabia ya kifaa chini ya hali mbalimbali za uendeshaji.

3.1 VF-IF Characteristics

Grafu hii inaonyesha uhusiano kati ya voltage ya mbele na mkondo wa mbele kwenye viwango tofauti vya joto la makutano. Uchunguzi muhimu: Mkunjo ni wa kielelezo kwenye mikondo midogo sana na unakuwa mstari zaidi kwenye mikondo mikubwa. Mgawo chanya wa joto unaonekana wazi, kwani mkunjo unaelekea juu kwa joto la juu zaidi. Grafu hii ni muhimu sana kwa kuhesabu hasara halisi za upitishaji katika sehemu maalum za uendeshaji.

3.2 VR-IR Characteristics

This plot illustrates the reverse leakage current as a function of reverse voltage, typically at multiple temperatures. It demonstrates how leakage current remains relatively low until approaching the breakdown region and how it increases exponentially with temperature. This information is vital for estimating off-state losses in high-temperature applications.

3.3 VR-Ct Characteristics

This curve displays the total diode capacitance (Ct) versus reverse voltage (VR). The capacitance decreases non-linearly as the reverse voltage increases (due to the widening of the depletion region). This variable capacitance affects the switching dynamics and the QC parameter.

3.4 Maximum Ip – TC Characteristics

This derating curve shows how the maximum allowable continuous forward current (IF) decreases as the case temperature (TC) increases. It is a direct application of the thermal limits: to keep the junction below 175°C, less current can be passed as the case gets hotter. This is the primary guide for heatsink selection.

3.5 Upinzani wa Joto wa Muda Mfupi

Grafu hii inapanga upinzani wa joto wa muda mfupi (ZθJC) dhidi ya upana wa msukumo. Ni muhimu sana kwa kutathmini kupanda kwa joto wakati wa misukumo mifupi ya sasa au matukio ya kurudia ya kubadili. Uzito wa joto wa kifurushi husababisha upinzani halisi kuwa wa chini kwa misukumo mifupi sana kuliko upinzani wa hali thabiti RθJC.

4. Mechanical and Package Information

4.1 Package Outline and Dimensions

The device uses the industry-standard TO-220-2L package. The detailed dimensional drawing provides minimum, typical, and maximum values for all critical features, including overall height (A: 4.5mm typ), lead length (L: 13.18mm typ), and mounting hole spacing (D1: 9.05mm typ). Adherence to these dimensions is necessary for proper PCB layout and mechanical mounting.

4.2 Usanidi wa Pini na Ubaguzi

Kifurushi cha TO-220-2L kina pini mbili:
1. Pini 1: Kathodi (K).
Pini 2: Anode (A).
Zaidi ya hayo, kipande cha chuma (kifurushi) cha kifurushi kimeunganishwa kwa umeme kwenye Cathode. Hii ni kuzingatia muhimu kwa usalama na muundo. Kipande hicho lazima kijitenge kutoka kwa saketi nyingine (k.m., kwa kutumia poda ya kuwatenga na sleeve) isipokuwa ikiwa saketi ya kawaida pia iko kwenye uwezo wa cathode.

4.3 Usanidi wa Pad ya PCB Unayopendekezwa

Uwiano ulipendekezwa wa kuweka viongozi vilivyoundwa kwenye uso unatolewa. Usanidi huu unahakikisha umbo sahihi la kiungo cha solder, nguvu ya mitambo, na upunguzaji wa joto wakati wa michakato ya kuuza solder ya wimbi au reflow.

5. Miongozo ya Kuweka na Kushughulikia

5.1 Wakati wa Kuweka

Wakati wa kusukuma uliobainishwa wa skrubu inayotumiwa kuunganisha kifurushi kwenye kipenyo cha joto ni 8.8 N·m (au sawa katika lbf-in) kwa skrubu ya M3 au 6-32. Kutumia wakati sahihi wa kusukuma ni muhimu sana: wakati usio wa kutosha husababisha upinzani mkubwa wa joto, wakati wakati wa ziada unaweza kuharibu kifurushi au PCB.

5.2 Kiolesura cha Joto

Ili kupunguza upinzani wa joto kati ya kifurushi cha kifaa na kipenyo cha joto, lazima itumike safu nyembamba ya nyenzo ya kiolesura cha joto (TIM), kama vile grisi, pedi ya pengo, au nyenzo zinazobadilika hali. TIM hujaza mapengo madogo ya hewa, na kuboresha sana uhamishaji wa joto.

5.3 Masharti ya Uhifadhi

Kifaa kinapaswa kuhifadhiwa ndani ya anuwai maalum ya joto la uhifadhi ya -55°C hadi +175°C katika mazingira yabisi, yasiyo ya kutu. Taarifa ya Kiwango cha Unyeti wa Unyevu (MSL), ikiwa inatumika kwa viunganishi, inapaswa kushaurishwa kutoka kwa mtengenezaji kwa usindikaji sahihi kabla ya kuuza.

6. Application Design Considerations

6.1 Snubber Circuits

While SiC Schottky diodes have negligible reverse recovery, their junction capacitance can still interact with circuit parasitics (stray inductance) to cause voltage overshoot and ringing during turn-off. A simple RC snubber network across the diode may be necessary to dampen these oscillations and reduce EMI, especially in high-di/dt circuits.

6.2 Mambo ya Kuangalia kwenye Kuendesha Lango kwa Swichi Zinazofuatana

Wakati diodi hii inatumika kama diodi ya bure ya kusonga au ya kuongeza nguvu na MOSFET au IGBT, ubadilishaji wake wa haraka unaweza kuharibiwa na kuwashwa polepole kwa swichi kuu. Kuhakikisha mpangilio wa inductance ya chini na kiendeshi chenye nguvu na haraka cha lango kwa swichi inayotumika ni muhimu ili kutumia kikamilifu kasi ya diodi na kupunguza uendeshaji wa diodi ya mwili ya MOSFET.

6.3 Uendeshaji Sambamba

Mgawo chanya wa joto wa VF unarahisisha usambazaji wa sasa katika usanidi sambamba. Hata hivyo, kwa usawa bora wa sasa wa nguvu na tuli, mpangilio ulinganifu ni lazima. Hii inajumuisha urefu sawa wa njia na ukandamizaji kwa anode na cathode ya kila diode, na kuziweka kwenye heatsink ya pamoja ili kusawazisha halijoto.

7. Ulinganishi wa Kiufundi na Faida

Ikilinganishwa na diodi za kawaida za silikoni za urejeshaji wa haraka (FRDs) au hata diodi za mwili za MOSFET za kaboni ya silikoni, diodi hii ya Schottky ya SiC inatoa faida tofauti:

• vs. FRDs za Silikoni: Tofauti kubwa zaidi ni ukosefu wa malipo ya urejeshaji wa nyuma (Qrr). FRD ya silikoni ina Qrr kubwa, na kusababisha mivumo mikubwa ya mkondo wakati wa kubadilishana, na kusababisha hasara kubwa za kubadilisha, msongamano mkubwa kwenye swichi kuu, na EMI kubwa zaidi. SiC Schottky huondoa hili, na kuwezesha ufanisi na mzunguko wa juu zaidi.
• Ikilinganishwa na Diodi za PN za Silikoni: Zaidi ya urejeshaji, kifaa cha SiC kwa kawaida kina voltage ya mbele ya chini kwenye joto la juu na joto la juu zaidi la kiunganishi cha juu (175°C ikilinganishwa na 150°C kwa sehemu nyingi za silikoni), na kuwezesha muundo wa joto ulio na ukubwa mdogo zaidi.
• Ikilinganishwa na Diodi za Schottky za Silikoni zenye Voltage ya Chini: Diodi za Schottky za silikoni za kawaida zimewekewa kikomo kwenye voltage za kuzuia chini ya takriban 200V kwa sababu ya mkondo wa uvujaji mkubwa. Sifa za nyenzo za SiC huruhusu muundo wa kizuizi cha Schottky kupanuliwa hadi 650V na zaidi huku ukidumisha utendaji bora wa kubadili na uendeshaji.

8. Maswali Yanayoulizwa Mara kwa Mara (FAQs)

8.1 Je, diode hii inahitaji snubber ya kurejesha nyuma?

Hapana, haihitaji snubber kudhibiti hasara za urejeshi wa nyuma, kwani kimsingi haina Qrr. Hata hivyo, snubber ya RC bado inaweza kuwa na manufaa kudhoofisha milio ya voltage inayosababishwa na mwingiliano wa uwezo wake wa kiungo na inductance ya mzunguko.

8.2 Ninawezaje kuhesabu upotezaji wa nguvu?

Kupoteza nguvu kuna vipengele viwili vikuu: upotezaji wa uendeshaji na upotezaji wa kubadilisha kwa uwezo.
Upotezaji wa Uendeshaji: P_cond = VF * IF * Duty_Cycle (ambapo VF inachukuliwa kwenye mkondo wa uendeshaji na joto la makutano).
Upotezaji wa Kubadilisha kwa Uwezo: P_sw_cap = 0.5 * C * V^2 * f_sw (au tumia thamani ya EC iliyotolewa). Kwa kuwa upotezaji wa Qrr ni sifuri, haujajumuishwa. Jumla ya PD ni jumla ya hizi, ambayo hutumiwa pamoja na upinzani wa joto kuhesabu kupanda kwa joto la makutano.

8.3 Je, naweza kuitumia katika utumizi wa basi ya DC ya 400V?

Ndiyo, diode ya VRRM ya 650V imekadiriwa ipasavyo kwa basi ya DC ya 400V. Mazoea ya kawaida ya usanifu ni kupunguza kiwango kwa 20-30%, ikimaanisha voltage ya juu ya kurudia nyuma inapaswa kuwa mara 1.2-1.3 ya voltage ya juu ya mfumo. 650V / 1.3 = 500V, ambayo hutoa ukingo mzuri wa usalama kwa basi ya 400V, ikizingatia mabadiliko ya papo hapo na spikes.

8.4 Je, kishikio cha chuma kina umeme?

Ndiyo. Karatasi ya data inasema wazi "CASE: Cathode." Kishikio cha chuma kimeunganishwa kwa umeme kwa pini ya cathode. Lazima iwe imetengwa na heatsink (ambayo mara nyingi imeunganishwa kwa ardhi au chassis ground) isipokuwa cathode iko kwenye uwezo sawa.

9. Mfano wa Uundaji wa Vitendo

Hali: Kubuni hatua ya 1.5kW ya Uboreshaji wa Sababu ya Nguvu (PFC) ya kuongeza yenye pato la 400V DC kutoka kwa uingizaji wa AC ulimwenguni (85-265VAC). Mzunguko wa kubadili umewekwa kwa 100 kHz kwa kupunguza ukubwa wa sumaku.

Sababu za Uchaguzi wa Diode: Diode ya kuongeza lazima izingatie voltage ya pato (400V pamoja na mawimbi). Spikes za voltage zinatarajiwa. Ukadiriaji wa 650V hutoa kiasi cha kutosha cha salio. Katika 100 kHz, hasara za kubadili ndizo zinazoongoza. FRD ya kawaida ya silicon ingekuwa na hasara kubwa sana za Qrr katika mzunguko huu. Diode hii ya SiC Schottky, yenye Qrr karibu na sifuri na QC ya chini, hupunguza hasara za kubadili, na kufanya uendeshaji wa mzunguko wa juu uwezekanavyo na wenye ufanisi. Mkondo wa wastani unaokadiriwa kwenye diode umehesabiwa kutoka kwa nguvu ya pato na voltage. Ukadiriaji wa mfululizo wa 6A, wakati unapokaa vizuri, unafaa kwa kiwango hiki cha nguvu. VF ya chini pia huhifadhi hasara za uendeshaji kuwa zinazoweza kudhibitiwa.

Uundaji wa Joto: Kwa kutumia jumla ya nguvu inayotokana na makadirio (P_cond + P_sw_cap), RθJC, na kiwango cha juu cha joto la makutano kinacholengwa (k.m., 125°C kwa ukingo wa kutegemewa), upinzani wa joto wa heatsink unaohitajika (RθSA) unaweza kuhesabiwa ili kuhakikisha kifaa kinatumika ndani ya mipaka salama.

10. Teknolojia ya Msingi na Mielekeo

10.1 Faida za Nyenzo za Silicon Carbide (SiC)

Silicon Carbide is a wide bandgap semiconductor material. Its key properties include a higher critical electric field (allowing for thinner, higher-voltage drift layers), higher thermal conductivity (better heat dissipation), and the ability to operate at much higher temperatures than silicon. These intrinsic properties are what enable the high-voltage, high-temperature, and high-frequency performance of SiC Schottky diodes and other SiC power devices.

10.2 Market and Technology Trends

Uchukuzi wa vifaa vya nguvu vya SiC unakasi, unaendeshwa na mahitaji ya kimataifa ya ufanisi wa juu wa nishati, msongamano wa nguvu, na umeme wa usafiri na tasnia. Diodi za SiC na MOSFET zinakuwa kiwango katika vigeuzi vya jua vya utendaji wa juu, vichaji vya ndani vya gari la umeme na madereva ya kuvuta, na vifaa vya nguvu vya seva vya hali ya juu. Mwelekeo unaelekea viwango vya juu vya voltage (mfano, 1200V, 1700V) kwa matumizi ya viwanda na ya magari, upinzani maalum wa chini wa kuwasha kwa MOSFET, na ujumuishaji wa vifaa vya SiC katika moduli za nguvu. Kadri kiasi cha utengenezaji kinavyoongezeka na gharama zinavyopungua, teknolojia ya SiC inasonga kutoka kwa matumizi ya hali ya juu hadi masoko makubwa zaidi ya kawaida.