TO-252-3L SiC Schottky Diode Datasheet - 650V, 20A, 1.5V - Kifurushi 6.6x9.84x2.3mm - Waraka wa Kiufundi wa Kiswahili

1. Muhtasari wa Bidhaa

Waraka huu unaelezea kwa kina vipimo vya diode ya hali ya juu ya Silicon Carbide (SiC) Schottky Barrier (SBD) katika kifurushi cha uso 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. Kwa kutumia teknolojia ya SiC, diode hii inatoa sifa bora za kubadilisha ikilinganishwa na diode za kawaida za silicon PN, na kufanya uboreshaji mkubwa wa ngazi ya mfumo.

Faida kuu ya diode hii ya SiC Schottky iko katika malipo yake ya karibu sifuri ya urejesho wa nyuma, ambayo kimsingi huondoa hasara za kubadilisha zinazohusishwa na kuzimwa kwa diode. Sifa hii ni muhimu sana kwa kuongeza mzunguko wa kubadilisha katika vifaa vya usambazaji wa umeme na vibadilishaji, na kuruhusu matumizi ya vipengele vidogo vya pasi kama vile inductors na capacitors, na hivyo kuongeza msongamano wa jumla wa nguvu. Kushuka kwa voltage ya mbele pia husaidia kupunguza hasara za uendeshaji, na kuimarisha ufanisi wa mfumo katika anuwai ya joto la uendeshaji.

2. Uchambuzi wa Kina wa Vigezo vya Kiufundi

2.1 Sifa za Umeme

Kifaa hiki kimepimwa kwa voltage ya juu ya kurudia ya kilele cha nyuma (VRRM) ya 650V, na kufanya iweze kutumika kwa matumizi yanayofanya kazi kutoka kwa umeme wa AC wa ulimwengu (85-265VAC) na ukingo wa kutosha wa muundo. Upeo wa sasa wa mbele unaoendelea (IF) ni 20A, ulioamuliwa kwa joto la kifurushi (TC) la 25°C. Ni muhimu kuzingatia kwamba upeo huu wa sasa unawekewa kikomo kwa joto na utapungua kadiri joto la kiungo linavyoongezeka, kama ilivyoelezewa katika sehemu ya sifa za joto.

Kigezo muhimu cha utendaji kwa diode za kubadilisha ni malipo ya jumla ya uwezo wa umeme (Qc). Kifaa hiki kinaonyesha Qc ya kawaida ya 30nC kwa voltage ya nyuma (VR) ya 400V na joto la kiungo (Tj) la 25°C. Thamani hii ndogo inathibitisha malipo madogo yaliyohifadhiwa, ambayo moja kwa moja husababisha hasara ndogo za kubadilisha na kuruhusu uendeshaji wa mzunguko wa juu. Voltage ya mbele (VF) imeainishwa kuwa ya juu zaidi ya 1.85V wakati inapita sasa wa 16A kwa 25°C, na kuongezeka hadi kawaida 1.9V kwenye joto la juu la kiungo la 175°C. Mgawo huu mzuri wa joto wa VF ni sifa nzuri ya diode za SiC Schottky, na husaidia kugawanya sasa na kuzuia kukimbia kwa joto wakati vifaa vingi vinatumika sambamba.

Sasa ya uvujaji wa nyuma (IR) ni ndogo sana, na upeo wa 120µA kwa 520V na 25°C. Uvujaji huu mdogo husaidia kwa ufanisi wa juu, haswa katika hali ya kusubiri au mzigo mwepesi.

2.2 Sifa za Joto

Usimamizi bora wa joto ni muhimu kwa uendeshaji thabiti. Kipimo kikuu cha joto ni upinzani wa joto kutoka kiungo hadi kifurushi (RθJC), ambacho kimeainishwa kuwa thamani ya kawaida ya 3.6°C/W. Thamani hii ndogo inaonyesha uhamishaji bora wa joto kutoka kwa kiungo cha semiconductor hadi kifurushi, na kuruhusu joto kutolewa kwa ufanisi kupitia heatsink ya nje iliyounganishwa kwenye tab. Joto la juu linaloruhusiwa la kiungo (Tj) ni 175°C, na kifaa kinaweza kuhifadhiwa katika anuwai ya joto ya -55°C hadi +175°C.

Jumla ya nguvu inayotolewa (PD) imepimwa kuwa 50W kwa TC=25°C. Katika matumizi ya vitendo, nguvu halisi inayoruhusiwa inahesabiwa kulingana na joto la juu la kiungo, upinzani wa joto (kiungo-hadi-mazingira, RθJA, ambayo inajumuisha upinzani wa kifurushi-hadi-heatsink na heatsink-hadi-mazingira), na joto la mazingira. Mviringo uliotolewa wa "Kutolewa kwa Nguvu" na "Upinzani wa Joto wa Mabadiliko ya Ghafla" ni muhimu kwa kubuni kwa hali ya mzigo wa ziada wa mabadiliko ya ghafla na kuamua maeneo salama ya uendeshaji.

3. Uchambuzi wa Mviringo wa Utendaji

3.1 Sifa za Mbele (VF-IF)

Mviringo wa sifa za VF-IF unaonyesha uhusiano kati ya kushuka kwa voltage ya mbele na sasa ya mbele katika viungo tofauti vya joto. Kama ilivyotarajiwa kwa diode ya Schottky, mviringo unaonyesha voltage ya goti ya chini ikilinganishwa na diode za silicon PN. Mviringo pia unaonyesha mgawo mzuri wa joto, ambapo VF huongezeka na Tj kwa sasa fulani. Grafu hii ni muhimu kwa kuhesabu hasara za uendeshaji (Ploss = VF * IF) chini ya hali tofauti za uendeshaji.

3.2 Sifa za Nyuma na Uwezo wa Umeme

Mviringo wa VR-IR unaonyesha sasa ndogo sana ya uvujaji wa nyuma katika anuwai ya voltage hadi voltage ya kuzuia. Mviringo wa VR-Ct unaonyesha uwezo wa kiungo kama kazi ya upendeleo wa nyuma. Uwezo hupungua kadiri voltage ya nyuma inavyoongezeka (kutoka ~513pF kwa 1V hadi ~46pF kwa 400V), ambayo ni sifa ya upana wa eneo la utupu unaotegemea voltage. Uwezo mdogo na unaotegemea voltage unaathiri kasi ya kubadilisha na kigezo cha Qc.

3.3 Utendaji wa Mafuriko na Mabadiliko ya Ghafla

Chati ya "Ip ya Juu zaidi - Sifa za TC" inafafanua sasa inayoruhusiwa ya mafuriko isiyorudiwa (IFSM) kama kazi ya joto la kifurushi. Kifaa kinaweza kushughulikia mafuriko ya 26A (nusu-sine wave, muda wa 10ms) kwa 25°C. Grafu ya "IFSM - Sifa za PW" inaelezea zaidi uwezo wa sasa ya mafuriko dhidi ya upana wa pulse, ambayo ni muhimu kwa kubuni ulinzi dhidi ya sasa ya kuingia au hali ya hitilafu. Mviringo wa "EC-VR Characteristics" unaweka nishati ya uwezo iliyohifadhiwa (EC) dhidi ya voltage ya nyuma, muhimu kwa kuelewa hasara katika saketi za resonant.

4. Taarifa ya Mitambo na Kifurushi

4.1 Muundo na Vipimo vya Kifurushi

Kifaa hiki kimewekwa katika kifurushi cha TO-252-3L. Vipimo muhimu vinajumuisha urefu wa jumla wa kifurushi (E) wa 6.60mm (kawaida), upana (D) wa 6.10mm (kawaida), na urefu (A) wa 2.30mm (kawaida). Urefu wa kiwango cha kuongoza (e1) ni 2.28mm (msingi). Tabu kubwa ya chuma (kifurushi) hutumika kama njia kuu ya joto na imeunganishwa kwa umeme kwenye terminal ya cathode. Mchoro wa kina wenye vipimo na uvumilivu umetolewa kwa muundo wa kiwango cha PCB.

4.2 Usanidi wa Pini na Utambuzi wa Ubaguzi

Usanidi wa pini umefafanuliwa wazi: Pini 1 ni Cathode (K), Pini 2 ni Anode (A), na CASE (tabu kubwa ya chuma) pia imeunganishwa kwenye Cathode. Utambuzi sahihi wa ubaguzi wakati wa usanikishaji ni muhimu ili kuzuia kushindwa kwa kifaa. Muundo ulipendekezwa wa pad ya PCB kwa kusanikisha uso umetolewa ili kuhakikisha muundo sahihi wa kiungo cha kuuza na muunganisho wa joto kwenye bodi.

5. Miongozo ya Kuuza na Usanikishaji

Kama kipengele cha kusanikisha uso, diode hii imekusudiwa kwa michakato ya kuuza ya reflow. Ingawa vigezo maalum vya wasifu wa reflow (joto la awali, kuchovya, joto la kilele cha reflow, wakati juu ya kioevu) hayajaorodheshwa katika datasheet hii, wasifu wa kawaida wa reflow bila risasi (Pb-Free) unaolingana na IPC/JEDEC J-STD-020 unapaswa kufuatwa. Joto la juu la mwili wa kifurushi wakati wa kuuza halipaswi kuzidi joto la juu lililobainishwa la kuhifadhi la 175°C kwa muda mrefu. Wakati wa kusanikisha kwa screw yoyote inayotumika na tabu (ikiwa inatumika kwa joto) imebainishwa kuwa 8.8 N·cm (1 lbf·in) kwa screw za M3 au 6-32.

Uangalifu unapaswa kuchukuliwa ili kuepuka mkazo wa mitambo kwenye viongozi baada ya kuuza. Kifaa kinapaswa kuhifadhiwa katika mazingira kavu, ya kuzuia umeme kabla ya matumizi ili kuzuia unyevu (ambao unaweza kusababisha "popcorning" wakati wa reflow) na uharibifu wa kutokwa na umeme.

6. Mapendekezo ya Matumizi

6.1 Saketi za Kawaida za Matumizi

Diode hii ya SiC Schottky inafaa kabisa kwa topografia kadhaa za ubadilishaji wa nguvu ya hali ya juu:

• Urekebishaji wa Sababu ya Nguvu (PFC) katika Vifaa vya Usambazaji wa Umeme vya Switch-Mode (SMPS):Inatumika kama diode ya kuongeza katika hali ya uendeshaji unaoendelea (CCM) au hali muhimu ya uendeshaji (CrM) ya hatua za PFC. Kubadilisha kwake kwa haraka na Qc ndogo hupunguza hasara za kubadilisha kwenye mzunguko wa juu wa mstari, na kuboresha ufanisi, haswa kwenye voltage ya juu ya mstari.
• Vibadilishaji vya Jua:Inatumika katika hatua ya kuongeza ya vibadilishaji vidogo vya photovoltaic au vibadilishaji vya mnyororo kushughulikia voltage na sasa za juu na hasara ndogo, na kuongeza mavuno ya nishati.
• Vifaa vya Usambazaji wa Umeme visivyokatika (UPS):Inatumika katika hatua ya pato la kibadilishaji au saketi za kuchaji betri kwa kubadilisha kwa ufanisi kwa mzunguko wa juu.
• Madereva ya Motor:Inaweza kutumika katika saketi za bure au za kukandamiza ndani ya madereva ya mzunguko wa kutofautiana (VFDs) kusimamia kwa ufanisi kukickback kwa inductive kutoka kwa motors.
• Vifaa vya Usambazaji wa Umeme vya Kituo cha Data:Muhimu kwa kufikia ufanisi wa juu (k.m., 80 Plus Titanium) katika vifaa vya usambazaji wa umeme vya seva ambapo kila asilimia ya kupunguza hasara ni muhimu.

6.2 Mambo ya Kuzingatia katika Ubunifu

Ubunifu wa Joto:Changamoto kuu ya ubunifu ni kusimamia joto la kiungo. Tumia thamani ya RθJC na Tj ya juu zaidi kuhesabu joto la heatsink inayohitajika. Tabu ya chuma lazima iuzwe kwenye pad ya shaba ya kutosha kwenye PCB, ikiwezekana na via za joto kwa tabaka za ndani au ndege ya nyuma, ili kutumika kama heatsink. Kwa matumizi ya nguvu ya juu zaidi, heatsink ya nje iliyounganishwa kwenye tabu inaweza kuwa muhimu.

Uendeshaji Sambamba:Mgawo mzuri wa joto wa VF hurahisisha kugawanya sasa kati ya diode zilizosanikishwa sambamba. Hata hivyo, ulinganifu wa makini wa muundo bado unahitajika ili kuhakikisha inductance sawa ya parasitic na upinzani katika kila tawi, na kuzuia usawa wa sasa wakati wa mabadiliko ya haraka.

Saketi za Snubber:Ingawa diode ina malipo madogo sana ya urejesho, inductance ya parasitic ya saketi na uwezo bado zinaweza kusababisha voltage ya juu wakati wa kuzima. Saketi za Snubber (RC au RCD) zinaweza kuhitajika kukandamiza spikes hizi na kuhakikisha uendeshaji thabiti ndani ya upeo wa voltage.

Mambo ya Kuongoza ya Gate (kwa swichi zinazohusiana):Kubadilisha kwa haraka kwa diode hii kunaweza kusababisha di/dt na dv/dt ya juu. Hii inaweza kuhitaji umakini kwa muundo wa kuongoza wa gate wa transistor inayobadilisha inayofuatana (k.m., MOSFET) ili kuepuka kusababisha vibaya kutokana na athari ya Miller au kusimamia usumbufu wa sumakuumeme (EMI).

7. Ulinganisho wa Kiufundi na Faida

Ikilinganishwa na diode za kawaida za silicon za urejesho wa haraka (FRDs) au hata diode za silicon carbide junction barrier Schottky (JBS), diode hii ya Schottky inatoa faida tofauti:

• Urejesho wa Sifuri wa Nyuma:Utaratibu wa kizuizi cha Schottky hauna hifadhi ya wabebaji wachache, na kusababisha Qc ya karibu sifuri. Hii huondoa spikes za sasa za urejesho wa nyuma, na kupunguza hasara za kubadilisha katika diode yenyewe na transistor inayofuatana, na kupunguza EMI.
• Uendeshaji wa Joto la Juu:Sifa za nyenzo za SiC huruhusu joto la juu la kiungo la 175°C, juu kuliko vifaa vya kawaida vya silicon (150°C), na kutoa ukingo mkubwa wa muundo au kuruhusu heatsink ndogo.
• Uwezo wa Mzunguko wa Juu:Mchanganyiko wa Qc ndogo na uwezo mdogo huruhusu uendeshaji wa ufanisi kwenye mzunguko wa kubadilisha hadi mamia ya kHz, na kuzidi mipaka ya vitendo ya silicon FRDs.
• Faida za Ufanisi:VF ya chini (ikilinganishwa na diode za Si PN kwenye joto la juu) na ukosefu wa hasara za urejesho husababisha moja kwa moja ufanisi wa juu wa mfumo, haswa kwenye mzigo wa sehemu na hali ya mstari wa juu.

Mabadiliko ya kawaida yanayohusishwa na diode za Schottky—voltage ya chini ya kuvunjika—imevunjwa hapa kwa kutumia SiC, na kuwezesha upeo wa 650V unaofaa kwa matumizi ya umeme wa ulimwengu.

8. Maswali Yanayoulizwa Mara kwa Mara (FAQ)

Q: Je, diode hii inaweza kuchukua nafasi ya diode ya silicon ya urejesho wa haraka moja kwa moja katika muundo uliopo?

A: Ingawa kwa umeme inaweza kuwa badala inayolingana na pini, ukaguzi wa muundo ni lazima. Kubadilisha kwa haraka kunaweza kuongeza voltage ya spikes kutokana na parasitic ya saketi. Utendaji wa joto pia utatofautiana. Thamani za Snubber na joto zinapaswa kutathminiwa tena.

Q: Kwa nini kifurushi kimeunganishwa kwenye cathode? Je, hii inahitaji kutengwa?

A: Ndio, tabu ya chuma ina umeme hai (kwenye uwezekano wa cathode). Pad ya PCB inayounganishwa nayo lazima iwe kwenye mtandao wa cathode. Ikiwa tabu imeunganishwa kwenye heatsink ya nje, heatsink hiyo lazima itengwe kwa umeme kutoka kwa uwezekano mwingine au chassis ya mfumo, isipokuwa chassis pia iko kwenye uwezekano wa cathode.

Q: Upeo wa sasa ya mafuriko (IFSM) unatumikaje?

A: Upeo wa IFSM wa 26A (10ms, nusu-sine) ni kwa matukio yasiyorudiwa kama kuingia kwa mwanzo au ufumbuzi wa hitilafu. Haipaswi kutumika kwa kuhesabu uwezo wa sasa unaoendelea. Mviringo wa "IFSM - PW" lazima utafutwe kwa muda mwingine wa pulse.

Q: Umuhimu wa kigezo cha Nishati Iliyohifadhiwa ya Uwezo (EC) ni nini?

A: Katika matumizi kama vile vibadilishaji vya resonant vya LLC, uwezo wa pato wa diode (Coss) hutolewa kila mzunguko wa kubadilisha, na kusababisha hasara. EC hupima hasara hii. EC ya chini inamaanisha hasara ndogo ya kubadilisha ya uwezo.

9. Uchambuzi wa Kesi ya Ubunifu wa Vitendo

Hali: Kubuni hatua ya 1kW, 80 Plus Titanium ya ufanisi wa PFC kwa kifaa cha usambazaji wa umeme cha seva.

Muundo unatumia topografia ya hali muhimu ya uendeshaji iliyochanganywa (CrM) inayobadilisha kwa 100kHz. Kila awamu inashughulikia 500W. Diode ya kuongeza lazima izuie hadi 400VDC na kubeba sasa ya kilele ya takriban 10A. Diode ya silicon ya haraka sana ilizingatiwa awali lakini ilihesabiwa kuwa na zaidi ya 5W ya hasara inayohusishwa na urejesho kwa kila awamu kwenye mstari wa juu.

Kwa kubadilisha diode hii ya 650V SiC Schottky, hasara ya urejesho huondolewa. Hasara zilizobaki ni hasara kuu za uendeshaji (kulingana na VF na sasa ya RMS) na hasara ndogo ya uwezo (kulingana na EC). Hesabu ya joto, kwa kutumia RθJC=3.6°C/W na Tj ya juu iliyobuniwa ya 125°C, inaonyesha kuongezeka kwa joto la kiungo cha diode kinaweza kudhibitiwa na eneo la shaba la PCB kama heatsink kuu. Ubadilishaji huu husaidia moja kwa moja kukutana na mahitaji ya ufanisi wa >96% kwa pembejeo ya 230VAC kwa kiwango cha Titanium, wakati pia kuruhusu magnetics kuwa ndogo kutokana na mzunguko wa juu, safi wa kubadilisha.

10. Kanuni ya Uendeshaji

Diode ya Schottky huundwa na kiungo cha chuma-semiconductor, tofauti na kiungo cha p-n semiconductor cha diode ya kawaida. Katika diode hii ya SiC Schottky, mawasiliano ya chuma hufanywa kwa Silicon Carbide ya aina-n. Hii huunda kizuizi cha Schottky ambacho huruhusu sasa kupita kwa urahisi katika mwelekeo wa mbele wakati upendeleo mzuri unatumika kwa chuma (anode) ikilinganishwa na semiconductor (cathode). Katika upendeleo wa nyuma, kizuizi kinaongezeka, na kuzuia mtiririko wa sasa.

Tofauti muhimu ni kwamba usafirishaji wa sasa unatawaliwa na wabebaji wengi (elektroni katika SiC ya aina-n). Hakuna kuingizwa, kuhifadhi, na kuondolewa kwa wabebaji wachache (mashimo) kama katika diode ya kiungo cha PN. Kwa hivyo, wakati diode inabadilishwa kutoka uendeshaji wa mbele hadi kuzuia nyuma, hakuna spike ya sasa ya urejesho wa nyuma au wakati wa kuchelewa unaohusishwa. Diode huzima karibu mara moja, na kuzuiwa tu na kuchajiwa kwa uwezo wake wa kiungo. Kanuni hii ya msingi ndio chanzo cha utendaji wake wa kubadilisha kwa kasi na hasara ndogo za kubadilisha.

11. Mienendo ya Teknolojia

Vifaa vya nguvu vya Silicon Carbide vinawakilisha mwenendo mkubwa katika umeme wa nguvu, na kuwezesha ufanisi wa juu, msongamano wa nguvu, na joto la uendeshaji kuliko vifaa vya msingi vya silicon. Kwa diode, mabadiliko yanakwenda kuelekea upeo wa juu wa voltage (sasa kawaida 650V na 1200V, na 1700V na 3300V zinazotokea), kushuka kwa voltage ya mbele ya chini, na uwezo uliopunguzwa. Kifurushi cha TO-252-3L (DPAK) kinachotumiwa hapa ni kifaa cha kazi kwa nguvu ya kusanikisha uso, lakini kuna mwenendo sambamba kuelekea kifurushi cha inductance ya chini zaidi, na utendaji bora wa joto kama vile TOLL (TO-leadless) na D2PAK-7L kwa matumizi ya utendaji wa juu zaidi. Ushirikishaji ni mwenendo mwingine, na moduli za "half-bridge" za MOSFET za SiC na diode ya Schottky zilizopakwa pamoja zinapatikana ili kupunguza inductance ya parasitic katika seli za kubadilisha. Kupungua kwa gharama ya substrates za SiC kunafanya teknolojia hii ipatikane kwa anuwai pana ya matumizi zaidi ya vifaa vya usambazaji wa umeme vya seva na vya simu, ikiwa ni pamoja na vichaji vya gari, madereva ya motor ya viwanda, na vifaa vya watumiaji vinavyotafuta viwango vya juu vya ufanisi.