Hati ya Uchambuzi wa Kiufundi ya Diodi ya SiC Schottky ya TO-252-3L - 650V, 16A, 1.5V - Kifurushi 6.6x9.84x1.52mm - Kiswahili

1. Muhtasari wa Bidhaa

Hati hii inaelezea kwa kina vipimo vya Diodi ya Ukuta ya Schottky (SBD) ya Silikoni Kabaid (SiC) yenye utendaji wa juu katika kifurushi cha uso-chini cha TO-252-3L (DPAK). Kifaa hiki kimeundwa kwa matumizi ya ubadilishaji wa nguvu ya voltage ya juu na mzunguko wa juu, ambapo ufanisi, msongamano wa nguvu, na usimamizi wa joto ni muhimu sana. Kwa kutumia teknolojia ya SiC, diodi hii inatoa faida kubwa ikilinganishwa na diodi za jadi za silikoni za muunganisho wa PN, hasa katika kupunguza upotezaji wa kubadilisha na kuwezesha mzunguko wa juu zaidi wa uendeshaji.

Uwekaji wa msingi wa sehemu hii uko ndani ya mifumo ya hali ya juu ya usambazaji wa nguvu na ubadilishaji wa nguvu. Faida zake za msingi zinatokana na sifa za asili za nyenzo za Silikoni Kabaid, ambazo huruhusu malipo ya chini sana ya urejeshi wa nyuma na kasi za kubadilisha kwa haraka zaidi ikilinganishwa na zile za silikoni. Hii inasababisha moja kwa moja kupunguza upotezaji wa kubadilisha katika saketi, na kusababisha ufanisi wa juu zaidi wa mfumo mzima.

Masoko na matumizi lengwa ni mbalimbali, yanazingatia umeme wa nguvu wa kisasa na wenye ufanisi. Sekta kuu ni pamoja na madereva ya motor ya viwanda, mifumo ya nishati mbadala kama vile vigeuzi vya nishati ya jua, vifaa vya usambazaji wa nguvu vya seva na vituo vya data, na vifaa vya usambazaji wa nguvu visivyokatika (UPS). Matumizi haya yanafaidika sana kutokana na uwezo wa diodi ya kufanya kazi katika mzunguko wa juu, ambayo huruhusu matumizi ya vipengele vidogo vya pasivu kama vile inductors na capacitors, na hivyo kuongeza msongamano wa nguvu na kupunguza ukubwa na gharama ya mfumo.

2. Uchambuzi wa kina wa Vigezo vya Kiufundi

2.1 Viwango vya Juu Kabisa

Viwango vya juu kabisa hufafanua mipaka ya mkazo ambayo kifaa kinaweza kuharibika kabisa. Hivi havikusudiwi kwa uendeshaji wa kawaida.

• Voltage ya Nyuma ya Kilele Inayorudiwa (VRRM):650V. Hii ndio voltage ya juu kabisa ya nyuma inayoweza kutumiwa mara kwa mara.
• Mkondo wa Mbele Unaendelea (IF):16A. Hii ndio mkondo wa juu kabisa wa mbele unaoendelea ambao diodi inaweza kushughulikia, unaozuiwa na joto la juu la kiungo na upinzani wa joto.
• Mkondo wa Mdhara wa Mbele Usiorudiwa (IFSM):27A. Kiwango hiki kinaelezea mkondo wa juu unaoruhusiwa wa mdhara kwa muda mfupi (10ms, nusu ya wimbi la sine), muhimu sana kwa kushughulikia hali ya kuingia kwa ghafla au hitilafu.
• Joto la Kiungo (TJ):175°C. Joto la juu kabisa linaloruhusiwa la kiungo cha semiconductor.
• Upotezaji wa Jumla wa Nguvu (PD):70W. Nguvu ya juu kabisa ambayo kifurushi kinaweza kupoteza kwa joto la kifurushi la 25°C.

2.2 Sifa za Umeme

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

• Voltage ya Mbele (VF):Kwa kawaida 1.5V kwa 16A na joto la kiungo la 25°C, na kiwango cha juu cha 1.85V. VF hii ya chini ni faida kuu ya teknolojia ya SiC Schottky, inayosababisha upotezaji mdogo wa uendeshaji. Kumbuka kuwa VF huongezeka kwa joto, na kufikia takriban 1.9V kwa 175°C.
• Mkondo wa Nyuma (IR):Kwa kawaida 2µA kwa 520V na 25°C, na kiwango cha juu cha 60µA. Mkondo huu mdogo wa uvujaji unachangia ufanisi wa juu katika hali za kuzuia.
• Malipo ya Jumla ya Uwezo (QC):22 nC (kwa kawaida) kwa 400V. Hii ni kigezo muhimu kwa hesabu ya upotezaji wa kubadilisha. Thamani ya chini ya QC inaonyesha malipo madogo yaliyohifadhiwa ambayo yanahitajika kuondolewa wakati wa kuzima, na kusababisha hakuna mkondo wa urejeshi wa nyuma na upotezaji mdogo sana wa kubadilisha.
• Uwezo wa Jumla (Ct):Hii inategemea voltage. Inapima 402 pF kwa 1V, 43 pF kwa 200V, na 32 pF kwa 400V (kwa kawaida, kwa 1MHz). Kupungua kwa kuongezeka kwa voltage ya nyuma ni sifa ya uwezo wa kiungo.

2.3 Sifa za Joto

Usimamizi wa joto ni muhimu sana kwa uaminifu na utendaji.

• Upinzani wa Joto, Kiungo-hadi-Kifurushi (RθJC):2.9 °C/W (kwa kawaida). Thamani hii ya chini inaonyesha uhamishaji bora wa joto kutoka kwa kiungo cha semiconductor hadi kifurushi, ambacho ni muhimu sana kwa kupoteza joto lililozalishwa kwenye heatsink au PCB.

3. Uchambuzi wa Mviringo wa Utendaji

Hati hii inatoa mikondo kadhaa muhimu ya sifa kwa muundo.

3.1 Sifa za VF-IF

Grafu hii inaonyesha uhusiano kati ya voltage ya mbele na mkondo wa mbele kwa joto tofauti la kiungo. Inaonyesha kwa macho kushuka kwa voltage ya chini ya mbele na mgawo wake chanya wa joto. Wabunifu hutumia hii kuhesabu upotezaji wa uendeshaji (Pcond = VF * IF) na kuelewa jinsi upotezaji unavyobadilika kwa joto.

3.2 Sifa za VR-IR

Mkondo huu unaonyesha mkondo wa uvujaji wa nyuma dhidi ya voltage ya nyuma kwa joto tofauti. Inathibitisha mkondo mdogo wa uvujaji hata kwa voltage za juu na joto la juu, ambayo ni muhimu sana kwa ufanisi katika hali ya kuzuia.

3.3 Mkondo wa Juu wa Mbele dhidi ya Joto la Kifurushi

Mkondo huu wa kupunguza unaonyesha jinsi mkondo wa juu unaoruhusiwa wa mbele unaoendelea unavyopungua kadiri joto la kifurushi (TC) linavyoongezeka. Hii ni zana muhimu kwa muundo wa joto, kuhakikisha diodi haifanyi kazi zaidi ya eneo lake salama la uendeshaji (SOA).

3.4 Upotezaji wa Nguvu dhidi ya Joto la Kifurushi

Sawa na kupunguza kwa mkondo, mkondo huu unaonyesha upotezaji wa juu unaoruhusiwa wa nguvu kama kazi ya joto la kifurushi.

3.5 Upinzani wa Joto wa Muda Mfupi

Grafu hii ni muhimu sana kwa kutathmini utendaji wa joto wakati wa mipigo mifupi ya nguvu. Inaonyesha upinzani bora wa joto kutoka kwa kiungo hadi kifurushi kwa mipigo moja ya upana tofauti. Data hii hutumiwa kuhesabu kupanda kwa joto la kilele cha kiungo wakati wa matukio ya kubadilisha, ambayo mara nyingi huwa na mkazo zaidi kuliko hali ya utulivu.

4. Taarifa ya Mitambo na Kifurushi

4.1 Vipimo vya Kifurushi (TO-252-3L)

Diodi imewekwa kwenye kifurushi cha TO-252-3L, kinachojulikana pia kama DPAK. Vipimo muhimu ni pamoja na:

• Urefu wa Kifurushi (E): 6.60 mm (kwa kawaida)
• Upana wa Kifurushi (D): 6.10 mm (kwa kawaida)
• Urefu wa Kifurushi (H): 9.84 mm (kwa kawaida)
• Umbali wa Pini (e1): 2.28 mm (msingi)
• Urefu wa Pini (L): 1.52 mm (kwa kawaida)

Mchoro wa kina unatoa mipaka yote muhimu kwa muundo wa alama ya PCB na usanikishaji.

4.2 Usanidi wa Pini na Ubaguzi

Kifurushi kina viunganisho vitatu: pini mbili na kifurushi (tabo).

• Pini 1: Kathodi (K)
• Pini 2: Anodi (A)
• Kifurushi (Tabo): Hii imeunganishwa ndani kwa Kathodi (K). Hii ni undani muhimu kwa mpangilio wa PCB na kupoteza joto, kwani tabo lazima itengwe kwa umeme kutoka kwa saketi zingine ikiwa haziko kwenye uwezo wa kathodi.

4.3 Mpangilio Unaopendekezwa wa Pad ya PCB

Alama inayopendekezwa kwa usanikishaji wa uso-chini imetolewa. Mpangilio huu umeundwa kuhakikisha uundaji wa muunganisho wa solder unaoaminika, upunguzaji sahihi wa joto, na upotezaji bora wa joto kwenye shaba ya PCB. Kufuata mapendekezo haya ni muhimu kwa uzalishaji na uaminifu wa muda mrefu.

5. Mwongozo wa Matumizi na Mazingatio ya Muundo

5.1 Saketi za Kawaida za Matumizi

Diodi hii ya SiC Schottky inafaa kabisa kwa topolojia kadhaa muhimu za ubadilishaji wa nguvu:

• Urekebishaji wa Sababu ya Nguvu (PFC):Inatumika katika hatua ya kigeuzi cha kuongeza cha vifaa vya usambazaji wa nguvu vya aina ya kubadilisha (SMPS). Kubadilisha kwake kwa kasi hupunguza upotezaji katika mzunguko wa juu, na kuboresha ufanisi wa hatua ya PFC.
• Hatua ya DC-AC ya Kigeuzi cha Nishati ya Jua:Mara nyingi hutumiwa katika saketi za bure au za kufunga za kigeuzi. Kiwango cha juu cha voltage na upotezaji mdogo wa kubadilisha ni muhimu kwa voltage ya juu ya basi ya DC na mzunguko wa kubadilisha unaojulikana katika matumizi ya nishati ya jua.
• Vigeuzi vya Dereva ya Motor:Hutumika kama diodi ya bure kwenye Transista za Bipolar zilizotengwa na Lango (IGBTs) au MOSFETs. Urejeshi wa haraka hupunguza mahitaji ya muda wa kufa na hupunguza mipigo ya voltage.
• Vifaa vya Usambazaji wa Nguvu Visivyokatika (UPS) na Vifaa vya Usambazaji wa Nguvu vya Vituo vya Data:Hutumika katika hatua zote za PFC na DC-DC ili kufikia ufanisi wa juu, ambao ni muhimu sana kwa kupunguza matumizi ya nishati na mahitaji ya baridi.

5.2 Mazingatio Muhimu ya Muundo

• Usimamizi wa Joto:Licha ya upotezaji wake mdogo, kupoteza joto kwa usahihi ni muhimu sana. RθJC ya chini huruhusu joto kuhamishwa kwa ufanisi kwenye PCB au heatsink ya nje. Tabo ya kufunga (kathodi) lazima iuziwe kwenye eneo la shaba kubwa ya kutosha kwenye PCB ili kutumika kama heatsink. Kwa matumizi ya nguvu ya juu, heatsink ya nje iliyounganishwa kwenye tabo inaweza kuwa muhimu.
• Vifaa Sambamba:Diodi za SiC Schottky zina mgawo chanya wa joto kwa voltage ya mbele. Sifa hii inakuza ushiriki wa mkondo kati ya vifaa sambamba, na kusaidia kuzuia kukimbia kwa joto - faida kubwa ikilinganishwa na teknolojia zingine za diodi.
• Kasi ya Kubadilisha na Mpangilio:Uwezo wa kubadilisha kwa haraka sana wa diodi unamaanisha kuwa mpangilio wa saketi ni muhimu sana. Kupunguza inductance ya vimelea katika kitanzi cha nguvu ni muhimu ili kuepuka kupita kiasi kwa voltage wakati wa kuzima. Hii inahusisha kutumia alama fupi na pana na kuweka sahihi ya capacitors za kutenganisha.
• Mazingatio ya Kuendesha Lango (kwa swichi zinazohusiana):Kukosekana kwa mkondo wa urejeshi wa nyuma hurahisisha muundo wa saketi za kuendesha lango kwa transista zinazobadilisha zinazofuatana (k.m., MOSFETs, IGBTs), kwani hakuna wasiwasi wa mkondo wa kupita unaosababishwa na urejeshi wa diodi.

6. Ulinganisho wa Kiufundi na Faida

Ikilinganishwa na diodi za kawaida za silikoni za urejeshi wa haraka (FRDs) au hata diodi za SiC za Ukuta ya Schottky (JBS), sehemu hii inatoa faida tofauti:

• dhidi ya Diodi za PN za Silikoni:Tofauti kubwa zaidi ni malipo karibu sifuri ya urejeshi wa nyuma (Qrr), ambayo kimsingi imebadilishwa na malipo ya uwezo (Qc). Hii huondoa upotezaji wa urejeshi wa nyuma na EMI inayohusiana, na kuwezesha mzunguko wa juu zaidi wa kubadilisha (makumi hadi mamia ya kHz).
• dhidi ya Diodi za Schottky za Silikoni:Diodi za Schottky za silikoni zimewekewa kiwango cha chini cha voltage (kwa kawaida chini ya 200V). Diodi hii ya SiC inapanua faida za kanuni ya urekebishaji ya Schottky (VF ya chini, kubadilisha kwa haraka) hadi daraja la 650V, ambalo ni kawaida kwa matumizi mengi ya nguvu ya nje ya mtandao.
• Uendeshaji wa Joto la Juu:Nyenzo za SiC zinaweza kufanya kazi kwa joto la juu la kiungo kuliko silikoni, na kuongeza uaminifu katika mazingira magumu.
• Faida za Kiwango cha Mfumo:Kuwezesha mzunguko wa juu wa kubadilisha huruhusu kupunguzwa kwa ukubwa wa vipengele vya sumaku (inductors, transfoma) na capacitors, na kusababisha vifaa vya usambazaji wa nguvu vidogo na nyepesi zaidi. Ufanisi ulioboreshwa hupunguza uzalishaji wa joto, ambao unaweza kurahisisha au kuondoa mifumo ya baridi, na hivyo kupunguza zaidi gharama na ukubwa.

7. Maswali Yanayoulizwa Mara kwa Mara (FAQs)

7.1 "Hakuna upotezaji wa kubadilisha" inamaanisha nini?

Tofauti na diodi za PN za silikoni ambazo huhifadhi wabebaji wachini ambao lazima waondolewe wakati wa kuzima (kusababisha mkondo mkubwa wa urejeshi wa nyuma na upotezaji mkubwa), diodi za SiC Schottky ni vifaa vya wabebaji wengi. Tabia yao ya kuzima inatawaliwa na utokaji wa uwezo wa kiungo (Qc). Nishati iliyopotezwa inahusiana na kuchaji na kutokaji uwezo huu (E = 1/2 * C * V^2), ambayo kwa kawaida ni ya chini sana kuliko upotezaji wa urejeshi wa nyuma wa diodi ya silikoni inayolingana.

7.2 Kwa nini mgawo wa joto wa voltage ya mbele ni chanya?

Katika diodi za Schottky, voltage ya mbele hupungua kidogo kwa joto kwa mkondo fulani kutokana na kupungua kwa urefu wa ukuta wa Schottky. Hata hivyo, athari kuu katika diodi za SiC Schottky za mkondo wa juu ni ongezeko la upinzani wa eneo la kuteleza kwa joto. Ongezeko hili la upinzani husababisha voltage ya jumla ya mbele kuongezeka kadiri joto linavyoongezeka, na kutoa mgawo mzuri wa joto chanya kwa ushiriki wa mkondo.

7.3 Ninawezaje kuhesabu joto la kiungo katika matumizi yangu?

Joto la kiungo la hali ya utulivu linaweza kadiriwa kwa kutumia: TJ = TC + (PD * RθJC). Ambapo TC ni joto la kifurushi lililopimwa, PD ni nguvu iliyopotezwa kwenye diodi (upotezaji wa uendeshaji + upotezaji wa kubadilisha), na RθJC ni upinzani wa joto. Kwa hali ya mienendo, mkondo wa upinzani wa joto wa muda mfupi lazima utumiwe na wimbi la upotezaji wa nguvu.

7.4 Je, naweza kutumia diodi hii kwa urekebishaji wa 400V AC?

Kwa kurekebisha voltage ya mstari wa 400V AC, voltage ya juu ya nyuma inaweza kuwa takriban ~565V (400V * √2). Diodi iliyowekwa kiwango cha 650V inatoa ukingo wa usalama kwa mipigo ya voltage na mabadiliko ya ghafla kwenye mstari, na kuifanya kuwa chaguo linalofaa na la kawaida kwa matumizi kama hayo, ikiwa ni pamoja na mifumo ya tatu-fazi ya 400VAC.

8. Mfano wa Vitendo wa Muundo

Hali:Kubuni hatua ya 1.5kW ya kuongeza Urekebishaji wa Sababu ya Nguvu (PFC) kwa kifaa cha usambazaji wa nguvu cha seva, kwa lengo la anuwai ya voltage ya kuingia ya 85-265VAC na pato la 400VDC. Mzunguko wa kubadilisha umewekwa kwa 100 kHz ili kupunguza ukubwa wa sumaku.

Sababu za Uchaguzi wa Diodi:Diodi ya kawaida ya silikoni ya haraka sana ingekuwa na upotezaji mkubwa wa urejeshi wa nyuma kwa 100 kHz, na kuathiri sana ufanisi. Diodi hii ya SiC Schottky ya 650V imechaguliwa kwa sababu upotezaji wake wa kubadilisha hauna maana (kulingana na Qc), na upotezaji wake wa uendeshaji (kulingana na VF) ni mdogo. Kiwango cha mkondo wa 16A unaoendelea kinatosha kwa mkondo wa wastani na RMS katika matumizi haya kwa kupunguza kwa usahihi.

Muundo wa Joto:Mahesabu yanaonyesha upotezaji wa uendeshaji wa diodi wa takriban 4W. Kwa kutumia RθJC ya kawaida ya 2.9°C/W, ikiwa joto la kifurushi limehifadhiwa kwa 80°C, kupanda kwa joto la kiungo kitakuwa ~11.6°C, na kusababisha TJ ya ~91.6°C, ambayo iko vizuri ndani ya kiwango cha juu cha 175°C. Hii huruhusu matumizi ya pad ya shaba ya PCB kama heatsink kuu bila kuhitaji heatsink kubwa ya nje, na kuokoa nafasi na gharama.

9. Utangulizi wa Teknolojia na Mienendo

9.1 Kanuni ya Teknolojia ya Silikoni Kabaid (SiC)

Silikoni Kabaid ni nyenzo ya semiconductor yenye pengo pana la bendi. Pengo lake pana la bendi (takriban 3.26 eV kwa 4H-SiC dhidi ya 1.12 eV kwa Si) linampa sifa kadhaa bora za kimwili: uwanja wa juu zaidi wa umeme muhimu (kuruhusu tabaka nyembamba za kuteleza zenye upinzani mdogo kwa kiwango fulani cha voltage), conductivity ya juu ya joto (kuboresha upotezaji wa joto), na uwezo wa kufanya kazi kwa joto la juu zaidi. Katika diodi za Schottky, SiC inawezesha mchanganyiko wa voltage ya juu ya kuvunjika, kushuka kwa voltage ya chini ya mbele, na kubadilisha kwa haraka sana - mchanganyiko mgumu kufikiwa na silikoni.

9.2 Mienendo ya Sekta

Kupitishwa kwa vifaa vya nguvu vya SiC, ikiwa ni pamoja na diodi za Schottky na MOSFETs, kunaongeza kasi. Viongozi muhimu ni kushinikiza kwa ulimwengu kwa ufanisi wa nishati katika sekta zote (viwanda, magari, watumiaji) na mahitaji ya msongamano wa juu wa nguvu. Kadiri kiasi cha uzalishaji kinavyoongezeka na gharama zinavyoendelea kupungua, SiC inasonga kutoka kwa matumizi ya hali ya juu na ya utendaji wa juu hadi kwenye vifaa vya kawaida vya usambazaji wa nguvu, vichaji vya ndani vya magari ya umeme, na mifumo ya nishati ya jua. Mwenendo unaelekea kwenye viwango vya juu vya voltage (k.m., 1200V, 1700V) kwa madereva ya viwanda na magari, na ujumuishaji wa diodi za SiC na MOSFETs za SiC katika moduli za nguvu kwa seli kamili za kubadilisha zenye utendaji wa juu.