Karatasi ya Maelezo ya Diode ya SiC Schottky ya TO-247-2L - 650V, 6A, 1.5V - Hati ya Kiufundi ya Kiswahili

1. Muhtasari wa Bidhaa

Hati hii inaelezea kwa kina vipimo vya Diode ya Kizuizi cha Schottky (SBD) ya Silikoni Kabaid (SiC) yenye utendaji wa hali ya juu iliyowekwa katika kifurushi cha TO-247-2L. Kifaa hiki kimeundwa kwa matumizi ya ubadilishaji wa nguvu yanayohitaji ufanisi wa juu, uendeshaji wa masafa ya juu, na utendaji imara wa joto. Kazi yake ya msingi ni kutoa mtiririko wa sasa wa mwelekeo mmoja na hasara ndogo zaidi ya kubadilisha na malipo ya kurejesha nyuma, ambayo ni faida kubwa ikilinganishwa na diode za kawaida za makutano ya PN za silikoni.

1.1 Faida za Msingi na Soko Lengwa

Faida kuu za diode hii ya SiC Schottky zinatoka kwenye sifa za nyenzo za Silikoni Kabaid. Faida muhimu ni pamoja na kushuka kwa voltage ya mbele (VF) ya chini, ambayo hupunguza hasara za uendeshaji, na uwezo wa haraka wa asili wa kubadilisha bila malipo ya kurejesha nyuma (Qc). Hii inaruhusu uendeshaji kwa masafa ya juu zaidi, na kusababisha vipengele vidogo vya pasifu (inductors, capacitors) na kupunguzwa kwa ukubwa wa mfumo kwa ujumla. Joto la juu la makutano (TJ,max) la 175°C huruhusu uendeshaji katika mazingira magumu ya joto au kuruhusu matumizi ya vipengele vidogo vya kupunguza joto. Sifa hizi zinaifanya kuwa bora kwa vifaa vya kisasa vya nguvu vilivyo na msongamano mkubwa. Matumizi yaliyolengwa yamefafanuliwa wazi kama saketi za Marekebisho ya Sababu ya Nguvu (PFC) katika Vifaa vya Usambazaji wa Nguvu vya Hali ya Kubadilisha (SMPS), vigeuzi vya jua, Vifaa vya Usambazaji wa Nguvu visivyokatika (UPS), madereva ya motor, na miundombinu ya nguvu ya vituo vya data, ambapo ufanisi na msongamano wa nguvu ni vigezo muhimu.

2. Uchambuzi wa kina wa Vigezo vya Kiufundi

Karatasi ya maelezo hutoa viwango kamili vya umeme na joto muhimu kwa usanifu wa saketi unaoaminika. Kuelewa vigezo hivi ni muhimu ili kuhakikisha kifaa kinafanya kazi ndani ya eneo lake salama la uendeshaji (SOA).

2.1 Viwango Vya Juu Kabisa

Viwango hivi hufafanua mipaka ya mkazo ambayo inaweza kusababisha uharibifu wa kudumu kwa kifaa. Hazikusudiwi kwa uendeshaji wa kawaida. Viwango muhimu ni pamoja na: Voltage ya Kilele ya Kurudia Nyuma (VRRM) na Voltage ya Kuzuia DC (VR) ya 650V, zinazofafanua upeo wa rufaa unaoruhusiwa. Sasa ya Mbele ya Endelea (IF) imekadiriwa kuwa 6A, imepunguzwa na joto la juu la makutano na upinzani wa joto. Kigezo muhimu ni sasa ya mafuriko isiyorudiwa (IFSM) ya 24A kwa mawimbi ya nusu-sine ya 10ms, inayoonyesha uthabiti dhidi ya mizigo kupita kiasi ya muda mfupi. Joto la juu la makutano (TJ) ni 175°C, na utumiaji wa jumla wa nguvu (PD) umebainishwa kuwa 71W kwa joto la kifurushi (TC) la 25°C, ingawa hii inategemea sana usimamizi wa joto.

2.2 Sifa za Umeme

Sehemu hii inaelezea kwa kina maadili ya kawaida na ya juu ya utendaji chini ya hali maalum za majaribio. Voltage ya mbele (VF) ni kigezo muhimu kwa hesabu ya hasara ya uendeshaji; kwa kawaida ni 1.5V kwa 6A na 25°C, na huongezeka hadi upeo wa 1.9V kwa joto la juu la makutano la 175°C. Sasa ya uvujaji nyuma (IR) ni ndogo sana, kwa kawaida 0.8µA kwa 520V na 25°C, inayoonyesha uwezo bora wa kuzuia wa makutano ya SiC Schottky. Labda kipengele muhimu zaidi ni malipo ya jumla ya uwezo (QC), iliyobainishwa kuwa 10nC kwa 400V. Thamani hii ndogo sana inathibitisha tabia ya kurejesha nyuma karibu na sifuri, ambayo ndio chanzo cha utendaji wa haraka wa kubadilisha wa diode na hasara ndogo za kubadilisha. Nishati iliyohifadhiwa ya uwezo (EC) ni ndogo sawia kwa 1.5µJ.

2.3 Sifa za Joto

Usimamizi bora wa joto ni muhimu kwa uaminifu. Kigezo muhimu hapa ni Upinzani wa Joto kutoka Makutano hadi Kifurushi (Rth(JC)), na thamani ya kawaida ya 2.1°C/W. Thamani hii ndogo inaonyesha uhamishaji bora wa joto kutoka kwa die ya semikondukta hadi kifurushi cha kifaa, ambacho kisha kinapaswa kutolewa kupitia kipengele cha kupunguza joto. Thamani ya upinzani wa joto hutumiwa pamoja na utumiaji wa nguvu na joto la mazingira/kifurushi ili kuhesabu joto halisi la makutano kwa kutumia fomula: TJ = TC + (PD * Rth(JC)). Kuhakikisha TJ inabaki chini ya 175°C ni muhimu kwa uaminifu wa muda mrefu.

3. Uchambuzi wa Mviringo wa Utendaji

Data ya picha hutoa ufahamu wa tabia ya kifaa chini ya hali mbalimbali za uendeshaji, ikikamilisha data ya jedwali.

3.1 Sifa za VF-IF

Mviringo wa voltage ya mbele dhidi ya sasa ya mbele unaonyesha tabia ya uendeshaji ya diode. Kwa kawaida inaonyesha uhusiano wa kielelezo kwa sasa ndogo sana, na kugeuka kuwa uhusiano wa mstari zaidi unaotawaliwa na upinzani wa mfululizo kwa sasa kubwa kama ile iliyokadiriwa ya 6A. Mgawo mzuri wa joto wa VF (huongezeka kwa joto) ni sifa nzuri kwa uendeshaji sambamba, kwani inakuza ushiriki wa sasa na kuzuia kutoroka kwa joto.

3.2 Upeo wa Sasa wa Mbele dhidi ya Joto la Kifurushi

Mviringo huu wa kupunguza unaonyesha jinsi upeo wa sasa ya mbele ya kuendelea (IF) unavyopungua kadiri joto la kifurushi (TC) linavyoongezeka. Wasanifu lazima watumie grafu hii kuamua sasa salama ya uendeshaji kwa mazingira yao maalum ya joto. Kwa joto la juu la kifurushi (ambalo litakuwa chini ya TJ,max), sasa inayoruhusiwa inaweza kuwa ndogo sana kuliko 6A iliyokadiriwa kwa 25°C.

3.3 Msuguano wa Mafuta wa Muda Mfupi

Mviringo wa upinzani wa joto wa muda mfupi dhidi ya upana wa pigo ni muhimu kwa tathmini ya utendaji wa joto chini ya hali ya mzigo wa pigo, ambayo ni ya kawaida katika matumizi ya kubadilisha. Inaonyesha kwamba kwa pigo fupi sana, upinzani wa joto halisi kutoka makutano hadi kifurushi ni chini ya Rth(JC) ya hali thabiti, ikimaanisha kupanda kwa joto la makutano kwa pigo moja fupi ni chini ya kwa utumiaji wa nguvu sawa unaoendelea. Data hii hutumiwa kwa uchambuzi wa hasara katika vigeuzi vya kubadilisha.

4. Taarifa ya Mitambo na Kifurushi

4.1 Usanidi wa Pini na Upekee

Kifaa hutumia kifurushi cha TO-247-2L chenye waya mbili. Pini 1 imetambuliwa kama Cathode (K), na Pini 2 ni Anode (A). Muhimu zaidi, tabu ya chuma au kifurushi cha kifurushi pia kimeunganishwa na Cathode. Hii lazima izingatiwe kwa makini wakati wa usakinishaji, kwani tabu kwa kawaida inahitaji kutengwa kwa umeme kutoka kwa kipengele cha kupunguza joto (kwa kutumia washer ya kutenganisha) isipokuwa kipengele cha kupunguza joto kiko kwenye uwezo wa cathode.

4.2 Vipimo vya Kifurushi na Usakinishaji

Karatasi ya maelezo inajumuisha michoro ya kina ya mitambo na vipimo katika milimita kwa kifurushi cha TO-247-2L. Pia hutoa mpangilio ulipendekezwa wa pedi kwa umbo la waya la usakinishaji wa uso, ambao ni muhimu kwa usanifu wa PCB ikiwa waya zimeundwa kwa usakinishaji wa uso. Wakati wa juu wa usakinishaji wa skrubu inayotumika kuunganisha kifaa kwenye kipengele cha kupunguza joto imebainishwa kuwa 8.8 Nm (au sawa katika lbf-in) kwa skrubu ya M3 au 6-32. Kutumia wakati sahihi ni muhimu ili kuhakikisha mawasiliano mazuri ya joto bila kuharibu kifurushi.

5. Mwongozo wa Matumizi na Mazingatio ya Usanifu

5.1 Saketi za Matumizi ya Kawaida

Matumizi makuu yaliyokolezea ni Marekebisho ya Sababu ya Nguvu (PFC), hasa katika topolojia za kigeuzi cha kuongeza. Katika saketi ya kuongeza ya PFC, diode hubeba sasa ya inductor wakati swichi kuu imezimwa. Kubadilisha haraka na Qc ya chini ya diode hii ya SiC hupunguza hasara za kuzima zinazohusiana na kurejesha nyuma, na kuruhusu masafa ya juu ya kubadilisha. Hii husababisha vipengele vidogo vya sumaku (inductor ya kuongeza) na kuboresha msongamano wa nguvu. Matumizi mengine kama vigeuzi vya jua na mifumo ya UPS yanafaidika sawa katika hatua zao za urekebishaji wa kiunga cha DC au pato.

5.2 Usanifu wa Joto na Kupunguza Joto

Kazi muhimu ya usanifu ni kuchagua kipengele sahihi cha kupunguza joto. Mchakato huu unajumuisha: 1) Kuhesabu jumla ya utumiaji wa nguvu katika diode (hasara ya uendeshaji + hasara ya kubadilisha, ingawa hasara ya kubadilisha ni ndogo sana). 2) Kuamua joto la juu la kifurushi linaloruhusiwa kulingana na joto la mazingira, ukingo unaohitajika wa usalama, na upinzani wa joto kutoka makutano hadi kifurushi. 3) Kutumia hii kuhesabu upinzani wa joto unaohitajika wa kipengele cha kupunguza joto (Rth(SA)). Fomula ni: Rth(SA) = (TC - TA) / PD - Rth(JC) - Rth(CS), ambapo Rth(CS) ni upinzani wa joto wa nyenzo ya kiolesura (grease ya joto/pedi). Qc ya chini hupunguza moja kwa moja hasara za kubadilisha, ambazo kwa upande huo hupunguza mahitaji ya kipengele cha kupunguza joto, na kuruhusu akiba ya gharama na ukubwa kama ilivyoelezwa katika sifa.

5.3 Uendeshaji Sambamba

Mgawo mzuri wa joto wa VF hurahisisha uendeshaji salama sambamba wa vifaa vingi kwa uwezo wa sasa wa juu zaidi. Kadiri diode moja inapokua na VF yake inavyoongezeka, sasa hubadilika kwa kawaida kwa kifaa cha sambamba kilichopoa, na kukuza ushiriki sawa wa sasa. Hii ni faida kubwa ikilinganishwa na baadhi ya diode zenye mgawo hasi wa joto ambazo zinaweza kukumbwa na kutoroka kwa joto katika usanidi sambamba.

6. Ulinganisho wa Kiufundi na Tofauti

Ikilinganishwa na diode za kawaida za silikoni za kurejesha haraka (FRDs) au hata diode za kurejesha haraka sana, diode hii ya SiC Schottky inatoa faida za msingi. Diode za silikoni zina malipo makubwa ya kurejesha nyuma (Qrr), na kusababisha hasara kubwa za kubadilisha, mwinuko wa voltage, na usumbufu wa sumakuumeme (EMI) wakati wa kuzima. Qc ya diode ya SiC Schottky ni chini kwa kadiri kubwa, na kwa kweli kuondoa masuala haya. Ingawa diode za SiC Schottky zamani zilikuwa na kushuka kwa voltage ya mbele ya juu kuliko diode za PN za silikoni, vifaa vya kisasa kama hiki vimefika kwenye maadili ya VR ya ushindani (1.5V) huku vikiendelea na faida za kubadilisha. Joto la juu la uendeshaji (175°C dhidi ya kawaida 150°C kwa silikoni) pia hutoa ukingo wa uaminifu katika mazingira ya joto la juu.

7. Maswali Yanayoulizwa Mara Kwa Mara (Kulingana na Vigezo vya Kiufundi)

7.1 "Hakuna hasara ya kubadilisha" inamaanisha nini?

Hii inahusu ukosekanji wa karibu wa hasara ya kurejesha nyuma. Katika saketi ya kubadilisha, wakati diode inabadilishwa kutoka uendeshaji wa mbele hadi kuzuia nyuma, malipo yaliyohifadhiwa katika diode ya kawaida lazima yaondolewe, na kusababisha pigo ya sasa ya nyuma na hasara ya nishati inayohusiana. Qc ya diode ya SiC Schottky ya 10nC tu inamaanisha malipo haya ni madogo sana, na kufanya hasara ya kubadilisha kuwa ndogo sana ikilinganishwa na hasara ya uendeshaji.

7.2 Qc ya chini inaruhusu uendeshaji wa masafa ya juu vipi?

Hasara za kubadilisha ni sawia na masafa ya kubadilisha. Kwa diode za kawaida, hasara kubwa ya kurejesha nyuma hupunguza upeo wa masafa ya kubadilisha ya vitendo kutokana na uzalishaji mwingi wa joto. Kwa kuwa hasara ya kubadilisha ya diode ya SiC ni ndogo sana, masafa yanaweza kuongezeka kwa kiasi kikubwa. Masafa ya juu huruhusu matumizi ya inductors na transfoma ndogo, na kuongeza moja kwa moja msongamano wa nguvu.

7.3 Kwa nini kifurushi kimeunganishwa na cathode, na hii ina maana gani?

Huu ni usanidi wa kawaida katika vifurushi vya nguvu kwa sababu za umeme na joto. Inamaanisha tabu ya chuma, ambayo ndiyo njia kuu ya joto, ina umeme hai (kwenye uwezo wa cathode). Kwa hivyo, ikiwa vifaa vingi kwenye uwezo tofauti vimesakinishwa kwenye kipengele kimoja cha kupunguza joto, vifaa vya kutenganisha (washer za mica, pedi za silicone, n.k.) lazima vitumike ili kuzuia saketi fupi. Nyenzo ya kiolesura ya joto pia lazima iwe na nguvu nzuri ya dielectric.

8. Kisa cha Utafiti wa Usanifu wa Vitendo

Fikiria kusanya hatua ya kuongeza ya PFC ya 1kW, 80kHz na voltage ya pato ya 400VDC. Diode ya silikoni ya kurejesha haraka sana inaweza kuwa na Qrr ya 50nC. Hasara ya kurejesha nyuma kwa mzunguko inaweza kadiriwa kama 0.5 * Vout * Qrr * fsw. Hii itakuwa 0.5 * 400V * 50nC * 80kHz = 0.8W. Kwa kutumia diode ya SiC Schottky na Qc=10nC hupunguza hasara hii hadi 0.5 * 400V * 10nC * 80kHz = 0.16W, akiba ya 0.64W. Hasara hii iliyopunguzwa hupunguza joto la makutano au kuruhusu kipengele kidogo cha kupunguza joto. Zaidi ya hayo, ukosekanji wa sasa ya kurejesha nyuma hupunguza mkazo kwenye swichi kuu (MOSFET/IGBT) na hupunguza EMI, na kwa uwezekano kurahisisha usanifu wa kichungi cha pembejeo.

9. Kanuni ya Uendeshaji

Diode ya Schottky huundwa na makutano ya chuma-semikondukta, tofauti na diode ya makutano ya PN. Katika diode ya SiC Schottky, mawasiliano ya chuma hufanywa kwa semikondukta ya SiC yenye pengo pana la bendi. Muundo huu husababisha kushuka kwa voltage ya mbele ya chini kwa msongamano maalum wa sasa ikilinganishwa na makutano ya PN na, muhimu zaidi, haina uhifadhi wa wabebaji wachache. Kwa hivyo, wakati voltage inarudi nyuma, hakuna mchakato wa polepole wa kuunganisha tena wabebaji wachache kusababisha sasa ya kurejesha nyuma; uwezo wa makutano hutolewa tu. Hii ndiyo sababu ya msingi ya kasi yake ya kubadilisha na Qc ya chini.

10. Mienendo ya Teknolojia

Vifaa vya nguvu vya Silikoni Kabaid, ikiwa ni pamoja na diode za Schottky na MOSFETs, ni teknolojia muhimu ya kuwezesha umeme wa nguvu wa kisasa wenye ufanisi wa juu. Mwelekeo ni kuelekea viwango vya juu vya voltage (k.m., 1200V, 1700V) kwa matumizi kama vile vigeuzi vya kuvuta magari ya umeme na madereva ya viwanda, upinzani wa chini maalum wa wakati wa kuwasha kwa MOSFETs, na uaminifu ulioboreshwa. Ujumuishaji pia ni mwelekeo, na kujitokeza kwa moduli za nguvu zinazounganisha MOSFETs za SiC na diode za Schottky katika usanidi wa nusu-daraja au mengine. Kadiri kiasi cha utengenezaji kinavyoongezeka na gharama zinavyopungua, teknolojia ya SiC inabadilisha hatua kwa hatua IGBTs za silikoni na diode katika matumizi ya nguvu ya kati ambapo ufanisi, masafa, na msongamano wa nguvu ni sababu zinazoongoza.