TO-247-2L 650V Diodi ya SiC Schottky - Ufungashaji 16.26x20.0x4.7mm - Voltage 650V - Umeme 8A - Waraka wa Kiufundi wa Kiswahili

1. Muhtasari wa Bidhaa

Waraka huu unaelezea kwa kina vipimo vya Diode ya Kizuizi cha Schottky (SBD) ya Silikoni Kabaiti (SiC) yenye utendaji wa hali ya juu, iliyowekwa katika ufungashaji wa TO-247-2L. Kifaa hiki kimeundwa kutoa ufanisi bora na uaminifu katika matumizi magumu ya ubadilishaji wa nguvu. Kazi yake ya msingi ni kutoa mtiririko wa umeme wa mwelekeo mmoja na hasara ndogo za kubadilisha na malipo ya kurejesha nyuma, faida kubwa ikilinganishwa na diode za kawaida za msingi wa silikoni.

Uwekaji wa msingi wa diode hii uko ndani ya mifumo ya kisasa ya nguvu yenye mzunguko wa juu na ufanisi wa juu. Faida zake za msingi zinatoka kwa sifa za asili za nyenzo za Silikoni Kabaiti, zinazoruhusu uendeshaji kwa joto la juu, voltage ya juu, na mzunguko wa juu wa kubadilisha ikilinganishwa na silikoni. Soko lengwa ni tofauti, likijumuisha tasnia ambapo ufanisi wa nguvu, msongamano wa nguvu, na usimamizi wa joto ni muhimu. Hizi ni pamoja na madereva ya motor ya viwanda, mifumo ya nishati mbadala kama vile vigeuzi vya nishati ya jua, vifaa vya nguvu vya kituo cha data, na vifaa vya nguvu visivyokatika (UPS).

2. Uchambuzi wa kina wa Vigezo vya Kiufundi

2.1 Sifa za Umeme

Vigezo vya umeme hufafanua mipaka ya uendeshaji na utendaji wa diode chini ya hali maalum.

• Voltage ya Kilele ya Nyuma Inayorudiwa (VRRM):650V. Hii ndiyo voltage ya juu ya papo hapo ya nyuma inayoweza kutumiwa mara kwa mara. Inafafanua kiwango cha voltage cha kifaa na ni muhimu sana kwa kuchagua diode kwa voltage fulani ya basi, kwa kawaida kwa ukingo wa usalama.
• Umeme wa Mbele Unaendelea (IF):8A. Hii ndiyo umeme wa juu wa wastani wa mbele ambao diode inaweza kuendesha kwa kuendelea, unaozuiwa na joto la juu la kiungo na upinzani wa joto. Thamani ya 8A imebainishwa kwa joto la kifaa (TC) la 25°C. Katika matumizi halisi, kupunguza thamani kulingana na joto halisi la uendeshaji ni muhimu.
• Voltage ya Mbele (VF):Kwa kawaida 1.5V kwa 8A na joto la kiungo (TJ) la 25°C, na upeo wa 1.85V. Kigezo hiki ni muhimu sana kwa kuhesabu hasara za uendeshaji (P_conduction = VF * IF). VF ya chini ni faida kuu ya teknolojia ya SiC Schottky, inachangia moja kwa moja ufanisi wa juu wa mfumo. Kumbuka kuwa VF ina mgawo hasi wa joto, maana yake hupungua kidogo kadiri joto linavyoongezeka, jambo linalosaidia kuzuia kukimbia kwa joto katika usanidi sambamba.
• Umeme wa Nyuma (IR):Kwa kawaida 2µA kwa 520V na TJ ya 25°C. Hii ndiyo umeme wa uvujaji wakati diode iko kwenye upendeleo wa nyuma. Umeme mdogo wa uvujaji hupunguza hasara za nguvu katika hali ya kuzima.
• Malipo ya Jumla ya Uwezo (QC):12 nC (kwa kawaida) kwa VR=400V. Hiki ni kigezo muhimu kwa kubadilisha kwa mzunguko wa juu. QC inawakilisha malipo yanayohusishwa na uwezo wa kiungo cha diode ambayo lazima yabadilishwe wakati wa kila mzunguko wa kubadilisha. Thamani ndogo ya QC inasababisha moja kwa moja hasara ndogo za kubadilisha, ikiruhusu uendeshaji wa mzunguko wa juu zaidi.
• Umeme wa Mshindo wa Mbele Usiorudiwa (IFSM):29A. Hii ndiyo umeme wa juu unaoruhusiwa wa kilele usiorudiwa kwa muda mfupi (10ms, nusu ya wimbi la sine). Inaonyesha uwezo wa kifaa kukabiliana na umeme wa kuingilia au makosa, kama vile yale yanayokutana wakati wa kuanzisha au mabadiliko ya mzigo.

2.2 Sifa za Joto

Usimamizi wa joto ni muhimu sana kwa uaminifu na utendaji.

• Joto la Juu la Kiungo (TJ,max):175°C. Hili ndilo joto la juu kabisa ambalo kiungo cha semikondukta kinaweza kukabiliana nalo. Uendeshaji unaoendelea kwa au karibu na kikomo hiki utapunguza kwa kiasi kikubwa maisha ya kifaa.
• Upinzani wa Joto, Kiungo-hadi-Kifaa (RθJC):1.9 °C/W (kwa kawaida). Kigezo hiki kinaelezea upinzani wa joto kati ya kipande cha semikondukta (kiungo) na kifaa cha nje cha ufungashaji. Thamani ndogo inaonyesha uhamisho bora wa joto kutoka kipande hadi kizuizi cha joto. Kuongezeka kwa jumla kwa joto la kiungo kunaweza kuhesabiwa kama ΔTJ = PD * RθJC, ambapo PD ni nguvu inayotokana na diode.
• Utoaji wa Jumla wa Nguvu (PD):42W kwa TC=25°C. Hii ndiyo nguvu ya juu ambayo kifaa kinaweza kutokana na hali maalum ya majaribio. Kwa mazoezi, utoaji unaoruhusiwa hupungua kadiri joto la kifaa linavyoongezeka.

3. Uchambuzi wa Mviringo wa Utendaji

Waraka huu unatoa mikunjo kadhaa muhimu ya sifa kwa kubuni na uchambuzi.

3.1 Sifa za VF-IF

Grafu hii inaonyesha voltage ya mbele (VF) dhidi ya umeme wa mbele (IF). Inaonyesha uhusiano usio wa mstari, kwa kawaida unaanza na voltage ya goti na kisha kuongezeka takriban kwa mstari. Wabunifu hutumia mkunjo huu kubaini kwa usahihi hasara za uendeshaji kwa umeme maalum wa uendeshaji, jambo ambalo ni sahihi zaidi kuliko kutumia thamani moja ya kawaida ya VF.

3.2 Sifa za VR-IR

Mkunjo huu unaonyesha umeme wa uvujaji wa nyuma (IR) kama kazi ya voltage ya nyuma inayotumiwa (VR). Unaonyesha jinsi umeme wa uvujaji unavyoongezeka kwa voltage ya nyuma na joto la kiungo. Hii ni muhimu sana kwa kukadiria hasara katika hali ya kuzima, hasa katika matumizi ya voltage ya juu.

3.3 Sifa za VR-Ct

Grafu hii inaonyesha uwezo wa jumla (Ct) wa diode dhidi ya voltage ya nyuma (VR). Uwezo wa kiungo hauna mstari kabisa, ukipungua kwa kiasi kikubwa kadiri voltage ya nyuma inavyoongezeka (kutoka 208 pF kwa 1V hadi 18 pF kwa 400V). Uwezo huu usio wa mstari ni jambo muhimu katika kuhesabu tabia ya kubadilisha na kigezo cha QC.

3.4 Umeme wa Juu wa Mbele dhidi ya Joto la Kifaa

Mkunjo huu wa kupunguza thamani unaonyesha jinsi umeme wa juu unaoruhusiwa wa mbele unaoendelea (IF) unavyoongezeka kadiri joto la kifaa (TC) linavyoongezeka. Ni mwongozo wa msingi kwa kubuni kizuizi cha joto, kuhakikisha joto la kiungo halizidi kiwango chake cha juu chini ya hali zote za uendeshaji.

3.5 Upinzani wa Joto wa Papo hapo

Mkunjo huu unaonyesha upinzani wa joto wa papo hapo (ZθJC) dhidi ya upana wa pigo. Ni muhimu sana kwa kutathmini kuongezeka kwa joto la kiungo wakati wa pigo za nguvu za muda mfupi, kama vile zile zinazotokea wakati wa matukio ya kubadilisha au hali za mshindo. Uzito wa joto wa ufungashaji husababisha upinzani wa joto ufanisi kuwa wa chini kwa pigo fupi sana.

4. Taarifa za Mitambo na Ufungashaji

4.1 Muundo na Vipimo vya Ufungashaji

Kifaa hutumia ufungashaji wa kiwango cha tasnia wa TO-247-2L. Vipimo muhimu kutoka kwa mchoro wa muundo ni pamoja na urefu wa jumla wa ufungashaji wa takriban 20.0 mm, upana wa 16.26 mm, na urefu wa 4.7 mm (bila kuhesabu waya). Waya wana unene na nafasi maalum ili kuhakikisha utangamano na mpangilio wa kawaida wa PCB na mashimo ya kufunga kizuizi cha joto.

4.2 Usanidi wa Pini na Utambulisho wa Upande

Ufungashaji wa TO-247-2L una waya wawili. Pini 1 imetambuliwa kama Kathodi (K), na Pini 2 ni Anodi (A). Muhimu, kibao cha chuma au kifaa cha ufungashaji kimeunganishwa kwa umeme na Kathodi. Hii lazima izingatiwe kwa makini wakati wa kufunga ili kuhakikisha kutengwa kwa umeme kwa usahihi ikiwa kizuizi cha joto hakipo kwenye uwezo wa kathodi. Muundo unaopendekezwa wa ardhi ya PCB (mpangilio wa pedi) unatolewa ili kuhakikisha kuuzwa kwa uaminifu na utendaji wa joto wakati wa kutumia umbo la waya la kufunga kwenye uso.

5. Miongozo ya Kufunga na Usanikishaji

Usanikishaji sahihi ni muhimu sana kwa utendaji na uaminifu.

• Wakati wa Kufunga:Wakati unaopendekezwa wa kufunga kwa skrubu ya kurekebisha (M3 au 6-32) ni 8.8 N·cm (au 8.8 lbf-in). Kutumia wakati sahihi kunahakikisha mawasiliano bora ya joto kati ya kifaa cha ufungashaji na kizuizi cha joto bila kuharibu ufungashaji.
• Nyenzo ya Kiolesura cha Joto (TIM):Mafuta ya joto yanayofaa au pedi lazima yatumiwe kila wakati kati ya kifaa cha diode na kizuizi cha joto ili kujaza mapengo ya hewa ya microscopic na kupunguza upinzani wa joto.
• Kutengwa kwa Umeme:Kwa kuwa kifaa kimeunganishwa na kathodi, pedi ya kuwatenga umeme lakini inayohamisha joto (k.m., mica, mpira wa silikoni na kijazo cha seramiki) inahitajika ikiwa kizuizi cha joto kiko kwenye uwezo tofauti. Kiwango cha voltage ya kutengwa kwa pedi hii lazima kizidi voltage ya uendeshaji wa mfumo.
• Hali ya Hifadhi:Kifaa kinapaswa kuhifadhiwa ndani ya safu ya joto ya -55°C hadi +175°C katika mazingira kavu, yasiyo ya kutu.

6. Mapendekezo ya Matumizi

6.1 Saketi za Kawaida za Matumizi

Diode hii ya SiC Schottky inafaa kabisa kwa saketi kadhaa muhimu za umeme wa nguvu:

• Sahihisho la Sababu ya Nguvu (PFC):Inatumika katika hatua ya kigeuzi cha kuongeza cha vifaa vya nguvu vya aina ya kubadilisha (SMPS). Kubadilisha kwake kwa kasi na QC ya chini hupunguza hasara za kubadilisha kwa mzunguko wa juu (mara nyingi 65kHz hadi 150kHz), ikiboresha ufanisi wa hatua ya PFC.
• Hatua ya DC-AC ya Kigeuzi cha Nishati ya Jua:Inatumika kwenye daraja la kigeuzi au kama diode ya bure. Kiwango cha juu cha voltage na ufanisi huchangia ufanisi wa juu wa jumla wa kigeuzi, jambo muhimu sana kwa mavuno ya nishati ya jua.
• Kifaa cha Nguvu Visivyokatika (UPS):Inatumika katika sehemu zote za rekta/chaaji na kigeuzi. Uwezo wa juu wa mshindo (IFSM) husaidia kushughulikia umeme wa kuchaji betri na mabadiliko ya mzigo wa pato.
• Vigeuzi vya Dereva ya Motor:Hutenda kama diode ya bure kwenye Transista za Bipolar zilizo na Lango la Kuwatenga (IGBTs) au MOSFETs kwenye daraja la pato. Ukosefu wa malipo ya kurejesha nyuma huondoa hasara za kurejesha nyuma na mishtuko inayohusishwa ya voltage, ikiruhusu kubadilisha laini na kupunguza usumbufu wa umeme (EMI).

6.2 Mazingatio ya Ubunifu

• Saketi za Snubber:Kutokana na kubadilisha kwa kasi sana na hakuna kurejesha nyuma kabisa, saketi za snubber za kudhibiti di/dt au dv/dt zinaweza kurahisishwa au hata kutohitajika ikilinganishwa na diode za PN za silikoni. Hata hivyo, inductance ya vimelea inayosababishwa na mpangilio bado inaweza kusababisha voltage ya kupita kiasi na lazima ipunguzwe kwa mpangilio mwembamba wa PCB.
• Uendeshaji Sambamba:Mgawo hasi wa joto wa VF hufanya diode hizi zifae kwa asili kwa uendeshaji sambamba ili kuongeza usimamizi wa umeme. Kadiri diode moja inapopata joto, VF yake hupungua, na kusababisha kushiriki umeme zaidi, jambo linalochangia usawa wa umeme badala ya kukimbia kwa joto. Hata hivyo, makini kwa mpangilio wa ulinganifu na kuunganishwa kwa joto bado inapendekezwa.
• Ukubwa wa Kizuizi cha Joto:Tumia utoaji wa nguvu (uliokokotolewa kutoka VF na IR), RθJC, na mkunjo wa kupunguza thamani ili kupima ukubwa wa kizuizi cha joto kwa usahihi. Lengo ni kuweka joto la kiungo chini kabisa ya 175°C (k.m., 125-150°C) kwa uaminifu wa muda mrefu.

7. Ulinganisho wa Kiufundi na Faida

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

• Hakuna Kurejesha Nyuma Kabisa:Kizuizi cha Schottky ni kifaa cha wabebaji wengi, tofauti na viungo vya PN ambavyo ni vifaa vya wabebaji wachache. Hii huondoa malipo yaliyohifadhiwa na wakati unaohusishwa wa kurejesha nyuma (trr) na umeme (Irr). Hii ndiyo faida moja muhimu zaidi, inayosababisha hasara ndogo za kubadilisha.
• Joto la Juu la Uendeshaji:Pengo la bendi pana la Silikoni Kabaiti huruhusu joto la juu la kiungo (175°C ikilinganishwa na 150°C kwa kawaida kwa silikoni), ikitoa ukingo zaidi wa kubuni au kuruhusu vizuizi vidogo vya joto.
• Mzunguko wa Juu wa Kubadilisha:Mchanganyiko wa QC ya chini na hakuna kurejesha nyuma huruhusu uendeshaji wenye ufanisi kwa mzunguko wa juu zaidi. Hii huruhusu matumizi ya vipengele vidogo vya passive (inductors, capacitors, transformers), ikiongeza msongamano wa nguvu.
• Kushuka kwa Chini kwa Voltage ya Mbele:Kwa umeme wa kawaida wa uendeshaji, diode za SiC Schottky mara nyingi zina VF sawa au ya chini kuliko FRDs za silikoni za voltage ya juu, ikipunguza hasara za uendeshaji.
• Kupatana:Kupatana kikuu cha kihistoria kilikuwa gharama, ingawa bei za vifaa vya SiC zimepungua kwa kiasi kikubwa. Pia, umeme wa uvujaji wa nyuma wa diode za Schottky kwa ujumla ni wa juu kuliko ule wa diode za PN na huongezeka kwa kasi zaidi na joto, jambo ambalo linaweza kuzingatiwa katika matumizi ya joto la juu sana.

8. Maswali Yanayoulizwa Mara kwa Mara (FAQ)

Q1: "Hakuna hasara za kubadilisha kabisa" inamaanisha nini kwa mazoezi?

A1: Inamaanisha utaratibu mkuu wa hasara za kubadilisha katika diode—hasara ya kurejesha nyuma—ni ndogo sana. Hata hivyo, hasara bado hutokea kutokana na kuchaji na kutokwa kwa uwezo wa kiungo (inayohusiana na QC). Hasara hizi za uwezo kwa kawaida ni ndogo sana kuliko hasara za kurejesha nyuma za diode ya silikoni, hasa kwa mzunguko wa juu.

Q2: Ninawezaje kuchagua kizuizi cha joto kwa diode hii?

A2: Kwanza, kokotoa utoaji mbaya zaidi wa nguvu: PD = (VF * IF_avg) + (VR * IR_avg). Tumia thamani za VF na IR kwa joto linalotarajiwa la kiungo la uendeshaji. Kisha, bainisha joto lako la juu la kiungo lengwa (k.m., 140°C). Upinzani wa joto unaohitajika wa kizuizi cha joto (RθSA) unaweza kupatikana kutoka: RθSA = (TJ - TA) / PD - RθJC - RθCS, ambapo TA ni joto la mazingira na RθCS ni upinzani wa joto wa nyenzo ya kiolesura.

Q3: Je, naweza kutumia diode hii moja kwa moja kama badala ya diode ya silikoni katika saketi yangu iliyopo?

A3: Sio kila wakati bila ukaguzi. Ingawa mpangilio wa pini na ufungashaji unaweza kuwa sawa, kubadilisha kwa kasi kunaweza kusababisha mishtuko ya juu ya voltage kutokana na inductance ya vimelea ya saketi. Kuendesha lango au udhibiti wa transistor inayohusishwa ya kubadilisha kunaweza kuhitaji marekebisho. Voltage ya chini ya mbele pia inaweza kubadilisha kidogo tabia ya saketi. Ukaguzi wa kina wa ubunifu unapendekezwa.

Q4: Kwa nini kifaa kimeunganishwa na kathodi?

A4: Hii ni kawaida katika ufungashaji wa nguvu. Inaruhusu kibao kikubwa cha chuma, ambacho ni bora kwa uhamisho wa joto, kutumika kama muunganisho wa umeme. Hii hupunguza inductance ya vimelea katika njia ya kathodi, jambo lenye faida kwa kubadilisha kwa kasi. Inahitaji kutengwa kwa makini ikiwa kizuizi cha joto hakipo kwenye uwezo wa kathodi.

9. Uchunguzi wa Kesi ya Ubunifu wa Vitendo

Hali: Kubuni Hatua ya 1.5kW ya Kuongeza PFC.

Chukua safu ya voltage ya pembejeo ya 85-265VAC, voltage ya pato ya 400VDC, na mzunguko wa kubadilisha wa 100kHz. Diode ya kuongeza lazima izuie 400V na kubeba umeme wa inductor. Mahesabu yanaonyesha umeme wa kilele wa karibu 10A na umeme wa wastani wa diode wa takriban 4A.



Diode ya silikoni ya haraka sana yenye trr ya 50ns na QC ya 30nC ingekuwa na hasara kubwa za kurejesha nyuma kwa 100kHz. Kwa kuchagua diode hii ya SiC Schottky (QC=12nC, hakuna trr), hasara za kubadilisha katika diode hupunguzwa hadi hasara za uwezo tu. Hii inaboresha moja kwa moja ufanisi kwa 0.5-1.5%, inapunguza uzalishaji wa joto, na inaweza kuruhusu kizuizi kidogo cha joto au kuwezesha uendeshaji kwa joto la juu la mazingira. Ubunifu pia unafaidika na kupunguzwa kwa EMI kutokana na ukosefu wa mishtuko ya umeme ya kurejesha nyuma.

10. Kanuni ya Uendeshaji

Diode ya Schottky huundwa na kiungo cha chuma-semikondukta, tofauti na diode ya kawaida ya kiungo cha PN ambayo hutumia kiungo cha semikondukta-semikondukta. Katika diode ya SiC Schottky, chuma (k.m., Titanium) huwekwa kwenye Silikoni Kabaiti. Hii huunda kizuizi cha Schottky kinachoruhusu umeme kutiririka kwa uhuru katika mwelekeo wa mbele wakati voltage ndogo inapotumiwa (VF ya chini). Katika mwelekeo wa nyuma, kizuizi huzuia mtiririko wa umeme. Kwa sababu uendeshaji unategemea wabebaji wengi tu (elektroni katika msingi wa aina ya N wa SiC), hakuna kuingizwa na kuhifadhiwa kwa wabebaji wachache. Kwa hivyo, wakati voltage inabadilika nyuma, hakuna malipo yaliyohifadhiwa ya kuondolewa, na kusababisha sifa ya kuzima karibu papo hapo na ukosefu wa kurejesha nyuma.

11. Mienendo ya Teknolojia

Vifaa vya nguvu vya Silikoni Kabaiti, ikiwa ni pamoja na diode za Schottky na MOSFETs, vinawakilisha mwenendo mkubwa katika umeme wa nguvu kuelekea ufanisi wa juu, mzunguko wa juu, na msongamano wa nguvu. Soko linasonga kutoka kwa vifaa vya 600-650V (vinavyoshindana na MOSFETs za Superjunction za silikoni na IGBTs) hadi viwango vya 1200V na 1700V kwa matumizi ya viwanda na magari. Ujumuishaji wa diode za SiC na MOSFETs za SiC katika moduli unakuwa wa kawaida kwa hatua kamili za nguvu za utendaji wa juu. Uboreshaji endelevu wa ubora wa nyenzo za SiC na michakato ya utengenezaji unapunguza gharama na kuboresha uaminifu wa kifaa, na kufanya teknolojia ya SiC kuwa chaguo bora kwa miundo mipya katika matumizi ya nguvu ya kati na ya juu ambapo utendaji ni muhimu.