TO-247-2L 650V Diode ya SiC Schottky - Karatasi ya Data ya Kiufundi - Kiswahili

1. Muhtasari wa Bidhaa

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

Uwekaji mkuu wa sehemu hii uko ndani ya mifumo ya hali ya juu ya ubadilishaji wa nguvu ambapo ufanisi na msongamano wa nguvu ni muhimu. Faida zake za msingi zinatoka kwa sifa za msingi za Silikoni Kabidi, ambazo huwezesha uendeshaji kwa joto la juu, voltage, na masafa ya kubadilisha ikilinganishwa na vifaa vya msingi wa silikoni. Soko lengwa linajumuisha vifaa vya umeme vya viwanda, mifumo ya nishati mbadala, na matumizi ya madereva ya motor, ambapo sifa hizi hubadilishwa moja kwa moja kuwa faida za kiwango cha mfumo.

2. Uchambuzi wa kina wa Vigezo vya Kiufundi

2.1 Vipimo Vya Juu Kabisa

Vipimo vya juu kabisa hufafanua mipaka ya mkazo ambayo inaweza kusababisha uharibifu wa kudumu kwa kifaa. Hivi havikusudiwi kwa uendeshaji wa kawaida.

• Voltage ya Juu ya Kurudia Nyuma (VRRM):650V. Hii ndio voltage ya juu ya papo hapo ya nyuma inayoweza kutumika mara kwa mara.
• Mkondo wa Mbele unaoendelea (IF):10A. Hii ndio mkondo wa juu wa DC ambao diode inaweza kuendesha kwa mfululizo, unaozuiwa na joto la juu la makutano na upinzani wa joto.
• Mkondo wa Mshindo usiorudiwa (IFSM):30A. Kipimo hiki kinaonyesha uwezo wa diode wa kustahimili tukio moja la mzigo wa mkondo wa juu (msimu wa nusu-mawimbi ya 10ms) bila kushindwa, ambayo ni muhimu kwa kushughulikia mikondo ya kuingia au hali za hitilafu.
• Joto la Makutano (TJ):175\u00b0C. Joto la juu linaloruhusiwa la makutano ya semiconductor yenyewe.
• Joto la Hifadhi (TSTG):-55\u00b0C hadi +175\u00b0C.

2.2 Tabia za Umeme

Vigezo hivi hufafanua utendaji wa kifaa chini ya hali maalum za majaribio.

• Voltage ya Mbele (VF):Kwa kawaida 1.48V kwa IF=10A, TJ=25\u00b0C, na kiwango cha juu cha 1.85V. VF hii ya chini ni kipengele muhimu cha diode za SiC Schottky, na husababisha kupungua kwa hasara za uendeshaji. Kumbuka kuwa VF huongezeka kwa joto, na kufikia takriban 1.9V kwa TJ=175\u00b0C.
• Mkondo wa Kuvuja Nyuma (IR):Kwa kawaida 2\u00b5A kwa VR=520V, TJ=25\u00b0C, na kiwango cha juu cha 60\u00b5A. Uvujaji huongezeka kwa joto, sifa ambayo lazima izingatiwe katika miundo ya joto la juu.
• Malipo ya Jumla ya Uwezo (QC):15nC (kawaida) kwa VR=400V. Hii ni kigezo muhimu kwa hesabu ya hasara ya kubadilisha. Thamani ndogo ya QC inaashiria kuwa nishati kidogo sana imehifadhiwa katika uwezo wa makutano ya diode, ambayo lazima itupwe wakati wa kila mzunguko wa kubadilisha, na kusababisha "hakuna hasara ya kubadilisha" kama ilivyoelezwa katika faida.
• Nishati ya Hifadhi ya Uwezo (EC):2.2\u00b5J (kawaida) kwa VR=400V. Hii ndio nishati iliyohifadhiwa katika uwezo wa diode kwenye voltage maalum, inayohusiana moja kwa moja na QC.

2.3 Tabia za Joto

Usimamizi wa joto ni muhimu sana kwa uendeshaji thabiti na kufikia utendaji uliopimwa.

• Upinzani wa Joto, Makutano-hadi-Kifurushi (R\u03b8JC):1.7\u00b0C/W (kawaida). Thamani hii ndogo inaonyesha uhamisho bora wa joto kutoka kwa die ya semiconductor hadi kifurushi cha kifaa, na kuwezesha joto kuondolewa kwa ufanisi kupitia kizuizi cha joto kilichounganishwa na kifurushi. Kipimo cha jumla cha hasara ya nguvu (PD) cha 88W kwa TC=25\u00b0C kinatokana na kigezo hiki na joto la juu la makutano.

3. Uchambuzi wa Mkunjo wa Utendaji

Karatasi ya data inajumuisha mikunjo kadhaa muhimu kwa wahandisi wa usanifu.

3.1 Tabia za VF-IF

Grafu hii inaonyesha voltage ya mbele dhidi ya mkondo wa mbele, kwa kawaida kwa joto nyingi za makutano (mfano, 25\u00b0C na 175\u00b0C). Inaonyesha kwa macho kushuka kwa voltage ya chini ya mbele na mgawo wake chanya wa joto. Mgawo chanya wa joto ni sifa nzuri kwa uendeshaji sambamba, kwani inakuza ushiriki wa mkondo na kuzuia kutoroka kwa joto.

3.2 Tabia za VR-IR

Mkunjo huu unaonyesha uhusiano kati ya voltage ya nyuma na mkondo wa uvujaji wa nyuma, tena kwa joto tofauti. Inasisitiza jinsi mkondo wa uvujaji unabaki chini hadi karibu na eneo la kuvunjika na jinsi unaongezeka kwa kasi na joto.

3.3 Tabia za VR-Ct

Grafu hii inaonyesha jinsi uwezo wa jumla wa diode (Ct) unapungua kwa kuongezeka kwa voltage ya upendeleo wa nyuma (VR). Uwezo huu usio wa mstari ni kipengele muhimu katika tabia ya kubadilisha ya masafa ya juu.

3.4 Mkondo wa Juu wa Mbele dhidi ya Joto la Kifurushi

Mkunjo huu wa kupunguza unaonyesha jinsi mkondo wa juu unaoruhusiwa wa mbele unaoendelea (IF) unapungua kadiri joto la kifurushi (TC) linavyoongezeka. Ni zana muhimu kwa kuamua utendaji unaohitajika wa kizuizi cha joto kwa mkondo maalum wa matumizi.

3.5 Upinzani wa Joto wa Muda Mfupi

Mkunjo wa upinzani wa joto wa muda mfupi dhidi ya upana wa msukumo (Z\u03b8JC dhidi ya PW) ni muhimu kwa kutathmini utendaji wa joto chini ya hali ya mkondo wa msukumo. Inaonyesha kuwa kwa misukumo mifupi sana, upinzani wa joto unaofaa ni wa chini kuliko R\u03b8JC ya hali thabiti, na kuwezesha mikondo ya juu zaidi ya kilele.

4. Taarifa ya Mitambo na Kifurushi

4.1 Usanidi wa Pini na Ubaguzi

Kifaa hutumia kifurushi cha TO-247-2L chenye waya mbili. Pini 1 ni Cathode (K) na Pini 2 ni Anode (A). Muhimu, tabu ya chuma au kifurushi cha kifurushi kimeunganishwa kwa umeme na Cathode. Hii lazima izingatiwe kwa makini wakati wa kusanikisha ili kuzuia saketi fupi, kwani kifurushi lazima kitengwe na kizuizi cha joto isipokuwa kizuizi cha joto kiko kwenye uwezo wa cathode.

4.2 Vipimo vya Kifurushi na Muundo

Michoro ya kina ya mitambo imetolewa na vipimo vyote muhimu katika milimita. Hii inajumuisha urefu wa jumla, upana, urefu, nafasi ya waya, kipenyo cha waya, na vipimo vya shimo la kusanikisha kwenye tabu. Kuzingatia vipimo hivi ni muhimu kwa usanifu sahihi wa alama ya PCB na usanikishaji wa mitambo.

4.3 Usanidi wa Pad ya PCB Unayopendekezwa

Alama iliyopendekezwa ya kusanikisha waya kwenye uso (baada ya kuunda) imejumuishwa, ikibainisha ukubwa wa pad, umbo, na nafasi ili kuhakikisha kuuzi salama na nguvu ya mitambo.

5. Mwongozo wa Usanikishaji na Ushughulikiaji

5.1 Wakati wa Kusanikisha

Wakati maalum wa kusanikisha kwa skrubu inayotumika kuunganisha kifaa kwenye kizuizi cha joto ni 8.8 N\u00b7m (au sawa katika lbf-in) kwa skrubu ya M3 au 6-32. Kutumia wakati sahihi kuhakikisha mawasiliano bora ya joto bila kuharibu kifurushi.

5.2 Hali ya Hifadhi

Vifaa vinapaswa kuhifadhiwa ndani ya safu maalum ya joto la hifadhi ya -55\u00b0C hadi +175\u00b0C katika mazingira kavu, yasiyo ya kutu. Tahadhari za kawaida za ESD (Utoaji Umeme wa Umeme) zinapaswa kuzingatiwa wakati wa kushughulikia, kwani kizuizi cha Schottky kinaweza kuharibika kwa umeme.

6. Mapendekezo ya Matumizi

6.1 Saketi za Matumizi ya Kawaida

• Sahihisha Sababu ya Nguvu (PFC):Inatumika kama diode ya kuongeza katika saketi za PFC za hali ya uendeshaji endelevu (CCM). Kubadilisha kwa kasi na QC ndogo hupunguza hasara za kuzima, na kuwezesha masafa ya juu ya kubadilisha, ambayo hupunguza ukubwa wa vifaa vya sumaku.
• Vigeuzi vya Nishati ya Jua:Inatumika katika hatua ya kuongeza au ndani ya daraja la kigeuzi. Ufanisi wa juu hupunguza hasara ya nguvu, na uwezo wa joto la juu huboresha uaminifu katika mazingira ya nje.
• Madereva ya Motor:Inatumika katika nafasi za diode ya bure au ya kushikilia katika madaraja ya kigeuzi yanayoendesha motor. Ukosefu wa mkondo wa kurejesha nyuma hupunguza mishtuko ya voltage na EMI, na huboresha ufanisi wa dereva.
• Vifaa vya Usambazaji wa Nguvu visivyokatika (UPS) & Vifaa vya Nguvu vya Kituo cha Data:Faida sawa zinatumika katika hatua za ubadilishaji wa nguvu za msongamano wa juu na ufanisi wa juu wa mifumo hii.

6.2 Mambo Muhimu ya Kukusudiwa

• Kizuizi cha Joto:Kutokana na uwezo wa juu wa hasara ya nguvu, kizuizi sahihi cha joto ni lazima kwa uendeshaji kwa mikondo ya juu. Upinzani wa joto kutoka kifurushi hadi mazingira (R\u03b8CA) unaotolewa na kizuizi cha joto lazima uhesabiwe kulingana na joto la juu la mazingira, hasara ya nguvu, na ukingo unaotaka wa joto la makutano.
• Vifaa Sambamba:Mgawo chanya wa joto wa VF huwezesha ushiriki wa mkondo wakati diode nyingi zimeunganishwa sambamba. Hata hivyo, usanifu wa makini ili kuhakikisha inductance ya ushirika na upinzani wa ulinganifu bado unapendekezwa kwa ushiriki bora.
• Saketi za Snubber:Ingawa diode haina kurejesha nyuma kabisa, inductance ya ushirika ya saketi bado inaweza kusababisha kupita kiasi kwa voltage wakati wa kuzima. Saketi za snubber au usanifu wa makini ili kupunguza inductance ya kitanzi kunaweza kuwa muhimu katika matumizi ya di/dt ya juu sana.
• Mambo ya Kuendesha Lango (kwa swichi zinazohusiana):Kubadilisha kwa kasi kwa diode hii kunaweza kusababisha di/dt na dv/dt ya juu, ambayo inaweza kusababisha kelele kuingia kwenye saketi za kuendesha lango. Kinga sahihi na usanifu wa kuendesha lango ni muhimu.

7. Ulinganisho wa Kiufundi na Faida

Ikilinganishwa na diode za kawaida za silikoni za kurejesha haraka (FRDs) au hata diode za Silikoni Kabidi za Kizuizi cha Schottky (JBS), diode hii ya SiC Schottky inatoa faida tofauti:

• Hakuna Kurejesha Nyuma:Kizuizi cha Schottky ni kifaa cha wabebaji wengi, na kuondoa muda wa kuhifadhi wabebaji wachache na mkondo unaohusiana wa kurejesha nyuma (Qrr) na hasara zinazoonekana katika diode za makutano ya PN. Hii ndio faida yake kubwa zaidi.
• Joto la Juu la Uendeshaji:Nyenzo ya SiC huruhusu joto la juu la makutano la 175\u00b0C, juu kuliko diode za kawaida za silikoni, na kuwezesha uendeshaji katika mazingira magumu zaidi au kwa vizuizi vidogo vya joto.
• Kushuka kwa Voltage ya Chini ya Mbele:Kwa mikondo ya kawaida ya uendeshaji, VF ni ya chini kuliko FRDs za silikoni zilizopimwa voltage, na hupunguza hasara za uendeshaji.
• Uwezo wa Juu wa Masafa ya Kubadilisha:Mchanganyiko wa QC ndogo na hakuna Qrr huwezesha uendeshaji wenye ufanisi katika masafa ya juu zaidi, ambayo husababisha moja kwa moja vifaa vidogo visivyo na nguvu (inductors, capacitors) na kuongezeka kwa msongamano wa nguvu.

8. Maswali Yanayoulizwa Mara kwa Mara (FAQs)

8.1 "Hakuna hasara ya kubadilisha" inamaanisha nini?

Inarejelea hasara ndogo ya kurejesha nyuma. Ingawa bado kuna hasara ya kubadilisha ya uwezo (inayohusiana na QC na EC), ukosefu kamili wa hasara kubwa ya kurejesha nyuma inayohusishwa na diode za silikoni kunamaanisha kuwa hasara ya jumla ya kubadilisha imepungua sana, mara nyingi chini kwa kiwango cha juu.

8.2 Kwa nini kifurushi kimeunganishwa na cathode?

Huu ni muundo wa kawaida katika vifurushi vya nguvu ili kurahisisha uunganisho wa ndani na kuboresha utendaji wa joto. Inamaanisha kuwa kizuizi cha joto lazima kitengwe kwa umeme na mfumo mwingine isipokuwa kimewekwa kwa makusudi kwenye uwezo wa cathode. Washers za kuwatenga na nyenzo za kiolesura cha joto zenye nguvu ya juu ya dielectric zinahitajika.

8.3 Ninawezaje kuhesabu hasara ya nguvu katika diode hii?

Hasara ya jumla ya nguvu (PD) ni jumla ya hasara ya uendeshaji na hasara ya kubadilisha. Hasara ya uendeshaji = IF(AVG) * VF. Hasara ya kubadilisha \u2248 (1/2) * C * V^2 * f (kwa hasara ya uwezo), ambapo C ni uwezo unaofaa, V ni voltage ya kuzuia, na f ni masafa ya kubadilisha. Sehemu ya hasara ya Qrr ni sifuri.

8.4 Naweza kutumia diode hii kubadilisha diode ya silikoni moja kwa moja?

Kwa umeme, kwa suala la voltage na kipimo cha mkondo, mara nyingi ndiyo. Hata hivyo, kubadilisha kwa kasi kunaweza kufunua ushirika wa saketi, na kusababisha mishtoko ya juu zaidi ya voltage. Kuendesha lango la kifaa kinachohusiana cha kubadilisha (mfano, MOSFET) kunaweza kuhitaji ukaguzi kwa usugu wa kelele. Usanifu wa joto pia unapaswa kutathminiwa upya kwani muundo wa hasara ni tofauti.

9. Utafiti wa Kesi ya Usanifu na Matumizi

Hali:Kuboresha hatua ya kuongeza ya 2kW ya Hali ya Uendeshaji Endelevu (CCM) ya Kusahihisha Sababu ya Nguvu (PFC) kutoka kwa diode ya silikoni ya haraka hadi diode hii ya SiC Schottky. Usanifu wa asili unaendeshwa kwa 100kHz.

Uchambuzi:Diode ya silikoni ilikuwa na Qrr ya 50nC na VF ya 1.8V. Hasara ya kubadilisha ilikuwa kubwa. Kwa kuibadilisha na diode ya SiC (QC=15nC, VF=1.48V), maboresho yafuatayo yanapatikana:

1. Kupunguza Hasara ya Kubadilisha:Hasara ya Qrr imeondolewa. Hasara ya kubadilisha ya uwezo imepunguzwa kutokana na QC ya chini.
2. Kupunguza Hasara ya Uendeshaji:VF ya chini hupunguza hasara ya uendeshaji kwa takriban 18% kwa mkondo wa wastani sawa.
3. Kuongezeka kwa Uwezekano wa Masafa:Hasara ya jumla ya kubadilisha iliyopunguzwa sana huwezesha msanifukuongeza masafa ya kubadilishahadi 200-300kHz. Hii hupunguza ukubwa na uzito wa inductor ya kuongeza na vifaa vya kichujio cha EMI kwa karibu 50%, na kufikia moja kwa moja "kuongezeka kwa msongamano wa nguvu."
4. Usimamizi wa Joto:Hasara ya jumla ya nguvu katika diode ni ya chini. Ikichanganywa na kipimo chake cha juu cha joto la makutano, hii inaweza kuruhusu kupunguzwa kwa ukubwa wa kizuizi cha joto ("kupunguza mahitaji ya kizuizi cha joto"), na kuokoa gharama zaidi na nafasi.

Matokeo:Ufanisi wa mfumo huboreshwa kwa 1-2% kwa mzigo kamili, msongamano wa nguvu huongezeka, na gharama ya mfumo inaweza kupungua kutokana na sumaku ndogo na baridi.

10. Utangulizi wa Kanuni ya Uendeshaji

Diode ya Schottky huundwa na makutano ya chuma-semiconductor, tofauti na makutano ya P-N ya semiconductor ya diode ya kawaida. Katika diode hii ya SiC Schottky, mawasiliano ya chuma hufanywa moja kwa moja kwa Silikoni Kabidi ya aina-n. Hii huunda kizuizi cha Schottky ambacho huwezesha mkondo kutiririka kwa urahisi katika mwelekeo wa mbele wakati upendeleo chanya unatumika kwa chuma (anode) ikilinganishwa na semiconductor (cathode).

Tofauti kuu ya uendeshaji iko katika kurejesha nyuma. Katika diode ya PN, kuzima kunahitaji kuondolewa kwa wabebaji wachunge waliohifadhiwa (mchakato unaoitwa kurejesha nyuma), ambao unachukua muda na huunda msukumo mkubwa wa mkondo wa nyuma. Katika diode ya Schottky, mkondo hubebwa tu na wabebaji wengi (elektroni katika SiC ya aina-n). Wakati voltage inarudi nyuma, wabebaji hawa huondolewa karibu papo hapo, na kusababisha hakuna muda wa kuhifadhi wabebaji wachunge na hivyo "hakuna kurejesha nyuma." Kanuni hii ya msingi ndiyo inayowezesha kubadilisha kwa kasi na hasara ndogo za kubadilisha.

11. Mienendo ya Teknolojia

Vifaa vya nguvu vya Silikoni Kabidi vinawakilisha mwelekeo mkubwa katika umeme wa nguvu, na kuwezesha mpito kutoka kwa vifaa vya msingi vya silikoni. Viongozi wa soko ni msukumo wa kimataifa wa ufanisi wa juu wa nishati, kuongezeka kwa msongamano wa nguvu, na umeme wa usafiri na viwanda.

Mageuzi ya diode za SiC Schottky yanalenga maeneo kadhaa muhimu: kupunguza zaidi upinzani maalum wa wakati wa kuwasha (ambayo hubadilika kuwa VF ya chini), kuboresha uaminifu na uthabiti wa kiolesura cha chuma-semiconductor cha Schottky kwa joto la juu, kuongeza kipimo cha voltage hadi 1.2kV, 1.7kV na zaidi kwa matumizi ya voltage ya kati, na kupunguza uwezo wa kifaa (Coss, QC) ili kuwezesha masafa ya kubadilisha ya MHz nyingi. Ujumuishaji ni mwelekeo mwingine, na ufungaji pamoja wa diode za SiC Schottky na MOSFETs za SiC katika moduli ili kuunda hatua za nguvu zenye ufanisi na kubadilisha haraka. Kadri kiasi cha uzalishaji kinavyoongezeka na gharama zinavyopungua, teknolojia ya SiC inasonga kwa utulivu kutoka kwa matumizi ya hali ya juu hadi bidhaa za kawaida za ubadilishaji wa nguvu.