TO-252-3L 650V SiC Schottky Diode Datasheet - Package 6.6x9.84x2.3mm - Voltage 650V - Current 10A - English Technical Documentation

1. Mchanganuo wa Bidhaa

Waraka huu unatoa maelezo kamili ya kiufundi kwa Diodi ya Kizuizi cha Schottky (SBD) ya Silikoni Kabidi (SiC) yenye utendaji wa hali ya juu. Kifaa hiki kimeundwa kwa matumizi ya kubadili-badili ya voltage ya juu na mzunguko wa juu, ambapo ufanisi na usimamizi wa joto ni muhimu. Kimewekwa kwenye kifurushi cha uso-chini cha TO-252-3L (DPAK), na kinatoa kiunganishi thabiti cha joto na cha umeme kwa miundo ya saketi ya nguvu.

Faida kuu ya diodi hii ya Schottky ya SiC iko katika sifa zake za nyenzo. Tofauti na diodi za jadi za makutano ya PN za silikoni, diodi ya Schottky ina makutano ya metali-semikondukta, ambayo kwa asili hutoa kushuka kwa voltage ya mbele (V_F) ya chini, na, muhimu zaidi, malipo ya kurejesha nyuma (Q_c). Mchanganyiko huu hupunguza kwa kiasi kikubwa hasara za uendeshaji na kubadilisha, na kuwezesha ufanisi wa juu wa mfumo na msongamano wa nguvu.

Soko lengwa la sehemu hii ni mifumo ya juu ya ubadilishaji wa nguvu. Faida zake kuu za ufanisi wa juu na kubadilisha kwa kasi hufanya iwe bora kwa vifaa vya kisasa, vya kompakt, na vya kuaminika vya usambazaji wa nguvu.

2. Uchanganuzi wa kina wa Vigezo vya Kiufundi

2.1 Tabia za Umeme

The electrical parameters define the operational boundaries and performance of the diode under various conditions.

• Repetitive Peak Reverse Voltage (V_RRM): 650V. Hii ndiyo kiwango cha juu cha voltage ya nyuma ambayo diode inaweza kustahimili mara kwa mara. Inafafanua kiwango cha voltage kwa matumizi kama vile hatua za Usahihisho Sababu ya Nguvu (PFC) zinazofanya kazi kutoka kwa umeme wa AC ulimwenguni (85-265VAC).
• Mvuke wa Mbele Endelevu (I_F): 10A. Hii ndiyo kiwango cha juu cha wastani cha mkondo wa mbele ambacho kifaa kinaweza kuendesha kwa mfululizo, kikizuiziwa na sifa zake za joto. Karatasi ya data inabainisha hii kwa joto la kifaa (T_C) ya 25°C.
• Voltage ya Mbele (V_F): 1.48V (Kawaida) kwa I_F=10A, T_J=25°C. Hii ndogo ya V_F ni faida muhimu ya teknolojia ya SiC Schottky, inapunguza moja kwa moja hasara za uendeshaji (P_hasara = V_F * I_F). Kumbuka kuwa V_F ina mgawo chanya wa joto, unaoongezeka hadi takriban 1.9V kwenye joto la kiungo la 175°C.
• Reverse Current (I_R): 2µA (Kawaida.) kwa V_R=520V, T_J=25°C. Uwiano mdogo wa umeme unaosambaa huchangia ufanisi wa juu katika hali ya kuzuia.
• Jumla ya Malipo ya Uwezo (Q_c): 15nC (Kawaida) kwa V_R=400V. Hii inaweza kuchukuliwa kuwa kigezo muhimu zaidi kwa utendaji wa kubadili-badili. Q_c inawakilisha malipo ambayo lazima itolewe/ibadilishwe ili kubadilisha voltage kwenye uwezo wa makutano ya diode. Q ya chini_c inamaanisha hasara ndogo za kubadili hali na inaruhusu uendeshaji kwenye masafa ya juu sana.
• Nishati Iliyohifadhiwa kwenye Uwezo (E_C): 2.2µJ (Kawaida) kwenye V_R=400V. Kigezo hiki, kinachotokana na uwezo wa makutano, kinaonyesha nishati iliyohifadhiwa kwenye uga wa umeme wa diode inapopigwa kinyume. Lazima izingatiwe katika miundo ya saketi ya resonant.

2.2 Viwango vya Juu zaidi na Tabia za Joto

Vigezo hivi vinabainisha mipaka kamili ya uendeshaji salama na uwezo wa kifaa wa kudhibiti joto.

• Surge Non-Repetitive Forward Current (I_FSM): 16A kwa wimbi la nusu-sine la ms 10. Ukadiriaji huu unaonyesha uwezo wa diode wa kustahimili mizigo ya ziada ya muda mfupi, kama vile mikondo ya kuingia.
• Junction Temperature (T_J): Kiwango cha juu cha 175°C. Kuendesha kifaa kwenye halijoto inayozidi hii kunaweza kusababisha uharibifu wa kudumu.
• Upinzani wa Joto, Kiungo-hadi-Kifurushi (R_θJC): 3.2°C/W (Kawaida). Upinzani huu mdogo wa joto ni muhimu sana kwa uhamisho bora wa joto kutoka kwenye kipande cha silikoni hadi kwenye kifurushi, na kisha hadi kwenye kizuizi cha joto au PCB. Jumla ya utupaji wa nguvu (P_D) imeorodheshwa kama 44W, lakini hii inawekewa kikomo hasa na T ya juu zaidi_J na uwezo wa mfumo wa kuondoa joto (R_θCA).

3. Uchambuzi wa Mkunjo wa Utendaji

Karatasi ya data inajumuisha curves kadhaa za sifa muhimu kwa wahandisi wa muundo.

• V_F-I_F Sifa: Grafu hii inaonyesha uhusiano kati ya voltage ya mbele na mkondo wa mbele kwenye halijoto tofauti za makutano. Inatumika kuhesabu hasara halisi za uendeshaji chini ya hali halisi za uendeshaji, sio tu kwenye sehemu ya kawaida ya 25°C.
• V_R-I_R Sifa: Inaonyesha mkondo wa uvujaji wa nyuma kama utendakazi wa voltage ya nyuma na halijoto. Hii ni muhimu sana kukadiria hasara za kusubiri na kuhakikisha utendaji thabiti wa kuzuia kwenye halijoto za juu.
• V_R-C_t Sifa: Inaonyesha jinsi uwezo wa jumla wa diode (C_t) hupungua kadri voltage ya nyuma (V_RUwezo huu usio wa mstari unaathiri tabia ya kubadili-badili ya masafa ya juu na muundo wa saketi ya kutetemeka.
• Upeo wa I_F dhidi ya Joto la Kesi (T_C): Mkunjo wa kupunguza thamani unaofafanua jinsi upeo wa sasa unaoruhusiwa unaoendelea unavyopungua kadiri joto la kesi linavyopanda. Hii ni msingi kwa muundo wa joto.
• Mtawanyiko wa Nguvu dhidi ya Joto la Kesi: Similar to the current derating, this curve shows how much power the device can dissipate based on its case temperature.
• I_FSM vs. Pulse Width (P_W): Provides the surge current capability for pulse durations other than the standard 10ms, allowing assessment of fault condition tolerance.
• E_C-V_R Sifa: Inaonyesha grafu ya nishati ya uwezo iliyohifadhiwa dhidi ya voltage ya nyuma, muhimu kwa mahesabu ya upotezaji katika topolojia za kubadili laini.
• Upinzani wa Moto wa Kupita (Z_θJC) dhidi ya Upana wa Pigo: Mkunjo huu ni muhimu sana kwa kutathmini utendaji wa joto wakati wa pigo fupi za kubadili. Upinzani wa joto unaofaa kwa pigo moja fupi ni chini kuliko R ya hali thabiti_θJC.

4. Mechanical and Package Information

4.1 Package Dimensions

The device uses the industry-standard TO-252-3L (DPAK) surface-mount package. Key dimensions from the outline drawing include:

• Urefu wa Jumla (H): 9.84 mm (Kawaida)
• Upana wa Jumla (E): 6.60 mm (Kawaida)
• Jumla Urefu (A): 2.30 mm (Kawaida)
• Urefu wa Pini (e1): 2.28 mm (Msingi)
• Vipimo vya Tab (D1 x E1): 5.23 mm x 4.83 mm (Kawaida)

The large metal tab serves as the primary thermal path (connected to the cathode) and must be properly soldered to a corresponding copper pad on the PCB for effective heat sinking.

4.2 Pin Configuration and Polarity

Uunganisho wa pini umeainishwa wazi:

• Pini 1: Cathode (K)
• Pini 2: Anodi (A)
• Kifurushi (Tab): Cathode (K)

Muhimu: Kifurushi (kibonyezo kikubwa cha chuma) kimeunganishwa kwa umeme kwenye katodi. Hii lazima izingatiwe wakati wa kupanga PCB ili kuepuka mzunguko mfupi. Kibonyezo lazima kitengwe kutoka kwa mitandao mingine isipokuwa kimeunganishwa kwa makusudi kwenye nodi ya katodi.

4.3 Recommended PCB Pad Layout

Inapendekeza kwa uwekaji wa uso umetolewa. Muundo huu umeboreshwa kwa uaminifu wa mshono wa kuuza na utendaji wa joto. Kwa kawaida unajumuisha pedi kuu ya kati kwa tabu yenye njia za joto kwa tabaka za shaba za ndani au kifuniko cha joto cha upande wa chini, pamoja na pedi ndogo mbili za waya za anode na cathode.

5. Mwongozo wa Kuuza na Usanikishaji

Ingawa maelezo maalum ya reflow hayajaelezwa kwa kina katika dondoo hii, miongozo ya jumla kwa vifurushi vya nguvu vya SMD inatumika.

• Kuuzwa kwa Reflow: Maelezo ya kawaida ya reflow yasiyo na risasi (Pb-Free) yanafaa. Uzito mkubwa wa joto wa kibao unaweza kuhitaji marekebisho madogo ya maelezo (k.m., muda mrefu wa kusisimua au joto la juu zaidi la kilele) ili kuhakikisha kuuzwa kamili kwa reflow chini ya kibao.
• Vipito vya Mafuta: Kwa utendaji bora wa joto, pedi ya PCB ya tabu inapaswa kujumuisha vias nyingi za joto zilizojazwa na solder wakati wa reflow. Vias hizi hupitisha joto kwa ndege za ardhini za ndani au kumwagwa kwa shaba upande wa chini.
• Mounting Torque: Ikiwa skrubu ya ziada inatumika kufunga kifurushi kwenye heatsink (kupitia tundu kwenye tabu), momenti ya juu imebainishwa kuwa 8.8 N·cm (au 8 lbf-in) kwa skrubu ya M3 au 6-32. Kuzidi hii kunaweza kuharibu kifurushi.
• Hali ya Uhifadhi: Kifaa kinapaswa kuhifadhiwa katika mazingira yaliyokauka, yasiyo na umeme tuli, ndani ya safu ya joto ya -55°C hadi +175°C.

6. Mapendekezo ya Utumizi

6.1 Saketi za Kawaida za Utumizi

Diodi hii imeundwa mahsusi kwa matumizi yafuatayo:

• Power Factor Correction (PFC) katika Switch-Mode Power Supplies (SMPS): Inatumika kama diode ya kuongeza katika saketi za PFC za hali ya uendeshaji endelevu (CCM) au hali ya mpito (TM). V yake ya juu_RRM inashughulikia voltage iliyoinuliwa, huku Q yake ya chini_c inapunguza hasara za kubadili kwenye masafa ya juu ya PFC (mara nyingi 65-100 kHz+), na kuboresha ufanisi wa jumla.
• Vigezo vya Jua: Vinatumika katika hatua ya kuongeza nguvu katika vigezo vidogo vya fotovoltik (PV) au vigezo vya mfuatano. Ufanisi wa juu ni muhimu sana ili kuongeza mavuno ya nishati.
• Vifaa vya Usambazaji wa Nguvu Visivyokatika (UPS): Inatumika katika hatua za rectifier/charger na inverter kuboresha ufanisi na kupunguza ukubwa.
• Motor Drives: Inaweza kutumika katika nafasi za diodi za freewheeling au clamp katika madaraja ya inverter yanayoendesha motors, ikifaidika na ubadilishaji wa kasi ya juu.
• Data Center Power Supplies: Vifaa vya nguvu vya seva na virekebishaji vya mawasiliano vinahitaji ufanisi wa juu sana (mfano, 80 Plus Titanium). Sifa za diode hii husaidia kukidhi mahitaji haya magumu.

6.2 Design Considerations

• Ubunifu wa Joto: Upungufu wa R_θJC unatumika tu ikiwa joto linatolewa kwenye kifurushi. Inahitajika eneo la shaba la PCB linalotoshea, vianya vya joto, na uwezekano wa kifuniko cha joto cha nje. Tumia mikunjo ya kupunguza joto ili kubaini mikondo salama ya uendeshaji kwenye joto la juu linalokadiriwa la kifurushi.
• Hesabu ya Hasara ya Kubadili: Katika matumizi ya kubadili-bila-ulainishaji, hasara za kubadili hasa ni za uwezo. Hasara kwa kila mzunguko inaweza kukadiriwa kama 0.5 * C_oss(V) * V² * f_sw. The Q_c and E_C parameters provide more accurate methods for loss estimation.
• Uendeshaji Sambamba: Karatasi ya data inasema kifaa hiki kinafaa kwa uendeshaji sambamba bila kukimbia kwa joto. Hii ni kwa sababu ya mgawo chanya wa joto wa V_F; ikiwa diode moja inapata joto, V yake_F huongezeka, na kusababisha mkondo kuhama kwenye vifaa vya sambamba vilivyo baridi zaidi, na kukuza ushirikishaji wa asili wa mkondo.
• Snubber Circuits: Kutokana na kubadilishwa kwa haraka sana na Q ya chini_rrWakati mwingine, diodes za SiC Schottky zinaweza kusababisha overshoot ya voltage kubwa (ringing) kutokana na inductance ya parasi. Uwekaji wa makini ili kupunguza inductance isiyo ya lazima na uwezekano wa kutumia snubber ya RC yanaweza kuwa muhimu.

7. Technical Comparison and Advantages

Ikilinganishwa na diodes za kitamaduni za silicon za urejeshi wa haraka (FRDs) au hata diodes za mwili za MOSFET za silicon carbide, diode hii ya SiC Schottky inatoa faida tofauti:

• vs. Silicon PN Diode: The most significant difference is the absence of reverse recovery charge (Q_rr). A silicon diode has a large Q_rr, causing significant switching losses and reverse recovery current spikes. The SiC Schottky's Q_c Ni ya uwezo wa umeme tu, na kusababisha "hakuna hasara za kubadili kimsingi" kama ilivyoelezwa katika faida.
• Ikilinganishwa na Diodi ya Silikoni ya Schottky: Diodi za Silikoni za Schottky zina V ya chini_F and fast switching but are limited to low voltage ratings (typically <200V). SiC technology enables Schottky performance at much higher voltages (650V and beyond).
• Ufanisi Mfumo wa Juu: Mchanganyiko wa V ya chini_F na hasara ya kubadili isiyo na maana huongeza moja kwa moja ufanisi wa usambazaji wa nguvu katika anuwai ya mzigo.
• Mahitaji ya Kupoa Kupunguzwa: Hasara ndogo humaanisha joto linalozalishwa ni kidogo. Hii inaweza kuruhusu matumizi ya vifaa vidogo vya kupoza au hata ubaridi usio na nguvu, na hivyo kupunguza gharama, ukubwa, na uzito wa mfumo.
• Uendeshaji wa Mzunguko wa Juu: Inawezesha miundo ya usambazaji wa nguvu kufanya kazi kwa mzunguko wa juu wa kubadili. Hii inaruhusu matumizi ya vifaa vidogo vya sumaku (inductors, transformers), na hivyo kuongeza zaidi msongamano wa nguvu.

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

Q: The V_F is 1.48V, which seems higher than some silicon diodes. Is this a disadvantage?
A: While some silicon diodes may have a lower V_F Katika mikondo ya chini, V yao_F huongezeka sana kwa joto la juu na mkondo. Muhimu zaidi, hasara za kubadili-badili za diode ya silikoni (kutokana na Q_rr) kwa kawaida ni za ukubwa wa mpangilio mkubwa zaidi kuliko hasara za kubadili-badili za uwezo wa Schottky hii ya SiC. Jumla ya hasara (upitishaji + kubadili-badili) ya kifaa cha SiC karibu kila wakati ni ya chini katika matumizi ya masafa ya juu.

Q: Je, naweza kutumia diode hii moja kwa moja kama mbadala wa diode ya silikoni katika mzunguko wangu uliopo?
Sio bila ukaguzi makini. Ingawa mpangilio wa pini unaweza kuwa unaolingana, tabia ya kubadili ni tofauti kabisa. Ukosefu wa mkondo wa kurejesha nyuma unaweza kusababisha mwinuko wa juu wa voltage kutokana na vimelea vya mzunguko. Uendeshaji wa lango la transistor inayobadili inayohusiana unaweza kuhitaji marekebisho, na mizunguko ya snubber inaweza kuhitaji kurekebishwa tena. Utendaji wa joto pia utakuwa tofauti.

Ni nini sababu kuu ya kushindwa kwa diode hii?
A> The most common failure modes for power diodes are thermal overstress (exceeding T_Jmax) na mkazo wa voltage (kuzidi V_RRM kutokana na mishtuko). Ubunifu thabiti wa joto, kupunguza voltage kwa usahihi, na ulinzi dhidi ya mishtuko ya voltage (k.m., kwa diodes za TVS au RC snubbers) ni muhimu kwa uaminifu.

9. Utafiti wa Kesi ya Uundaji wa Vitendo

Hali: Kuunda usambazaji wa nguvu wa seva wa 500W, ufanisi wa 80 Plus Platinum na mwisho wa mbele wa CCM PFC.
Chaguo la Ubunifu: Kuchagua diode ya kuongeza.
Uchambuzi: Diodi ya kawaida ya silikoni ya 600V yenye kasi ya juu inaweza kuwa na Q_rr ya 50-100 nC. Katika mzunguko wa kubadili wa PFC wa 100 kHz na voltage ya basi ya 400V, upotezaji wa kubadili ungekuwa mkubwa. Kwa kutumia diodi hii ya SiC Schottky yenye Q_c ya 15 nC, upotezaji wa kubadili wa capacitive umepunguzwa kwa takriban 70-85%. Hifadhi hii ya upotezaji inaboresha ufanisi wa mzigo kamili kwa 0.5-1.0%, ikisaidia kufikia kiwango cha Platinum. Zaidi ya hayo, kupungua kwa joto kinaruhusu kutumia heatsink ndogo kwenye hatua ya PFC, kuokoa nafasi na gharama katika bidhaa ya mwisho.

10. Utangulizi wa Kanuni ya Uendeshaji

Diode ya Schottky huundwa na makutano ya chuma-semikondukta, tofauti na diode ya kawaida ya makutano ya PN inayotumia semikondukta-semikondukta. Wakati chuma kinachofaa (k.m., Nickel) kinapowekwa kwenye wafers ya Silikoni Kabidi (SiC) ya aina-N, kizuizi cha Schottky huundwa. Chini ya upendeleo wa mbele, elektroni kutoka semikondukta hupata nishati ya kutosha kuvuka kizuizi hiki na kuingia kwenye chuma, na kuruhusu mtiririko wa mkondo na kushuka kwa voltage kiasi. Chini ya upendeleo wa nyuma, kizuizi kinapanuka, na kuzuia mkondo. Tofauti kuu ni kwamba hii ni kifaa cha wabebaji wengi; hakuna sindikizo na uhifadhi unaofuata wa wabebaji wachache (vishimo katika kesi hii) katika eneo la kuteremka. Kwa hivyo, wakati voltage inapogeuzwa, hakuna malipo yaliyohifadhiwa ambayo yanahitaji kuondolewa (urejesho wa nyuma), ni tu malipo/utokaji wa uwezo wa makutano. Fizikia hii ya msingi ndiyo inayowezesha kubadilisha kwa kasi na Q ya chini_c utendaji.

11. Mwelekeo wa Teknolojia

Vifaa vya nguvu vya Silikoni Kabidi (SiC) vinawakilisha mwelekeo muhimu katika elektroni ya nguvu, vikipita zaidi mipaka ya nyenzo ya silikoni ya jadi. Pengo la bendi pana la SiC (3.26 eV kwa 4H-SiC dhidi ya 1.12 eV kwa Si) hutoa faida za asili: uwanja wa kuvunja wa juu zaidi (kuruhusu tabaka nyembamba zaidi, zenye upinzani mdogo za kuteremka kwa voltage fulani), upitishaji wa joto wa juu zaidi (upunguzaji bora wa joto), na uwezo wa kufanya kazi katika halijoto za juu. Kwa diode, muundo wa Schottky kwenye SiC huwezesha mchanganyiko wa kiwango cha juu cha voltage na kubadilisha haraka, mchanganyiko usioweza kufikiwa kwa silikoni. Maendeleo yanayoendelea yanalenga kupunguza upinzani maalum wa wazi (R_DS(on)) for SiC MOSFETs and further lowering V_F and capacitance for SiC Schottky diodes, while also improving manufacturing yields to reduce cost. The adoption is driven by global demands for higher energy efficiency in everything from electric vehicles to renewable energy systems.