Diodo Schottky de Carbeto de Silício, SiC.
Os diodos de carboneto de silício e SiC Schottky estão sendo usados em um número crescente de áreas para fornecer um desempenho significativamente melhorado em relação aos diodos de silício equivalentes.
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Tutorial de Diodo de Barreira Schottky Inclui:
Diodo de barreira Schottky | Tecnologia do diodo Schottky | Especificações do diodo Schottky | Retificador de potência com diodo Schottky | Diodo de barreira Schottky de carbeto de silício (SiC)
Tutorial de Diodo Inclui:
Tipos de diodos | Especificações e classificações de diodos
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Diodos de carboneto de silício ou diodos SiC estão sendo usados cada vez mais. Normalmente na forma de um diodo Schottky, eles tendem a ser usados para aplicações de energia.
Nessas aplicações, os diodos de carboneto de silício são capazes de proporcionar melhorias significativas no desempenho, melhorando a eficiência dos projetos de circuitos eletrônicos de potência.
Além disso, as tensões nas quais esses diodos Schottky de carboneto de silício podem operar são significativamente maiores do que os diodos Schottky de silício normais.
Como resultado, os componentes eletrônicos de carboneto de silício estão sendo usados cada vez mais, pois oferecem uma solução muito econômica para muitos projetos de circuitos eletrônicos, especialmente porque permitem que muitos dos novos requisitos de eficiência de energia sejam atendidos com mais facilidade.
Tendo em vista o aumento do uso de diodos SiC, os custos estão caindo e isso torna o uso deles muito mais atraente do que seria nos primeiros dias desses dispositivos, quando a tecnologia era relativamente nova.
Esses diodos estão disponíveis em muitos formatos, desde estilos com chumbo e até aparafusados até diodos de montagem em superfície – esses diodos de montagem em superfície são usados em muitas áreas, incluindo tecnologia de fonte de alimentação, onde são necessários altos níveis de eficiência e pequenos fatores de forma.
O que é um carboneto de silício, SiC, diodo Schottky
Embora o carboneto de silício normalmente não seja associado a dispositivos semicondutores, ele tem sido usado por muitos anos. Nos dias de aparelhos de rádio de cristal na década de 1920 e até um pouco antes em alguns casos, carboneto de silício ou carborundum, como era conhecido, era usado com detectores de rádio Cat’s Whisker. Estes então se tornaram os primeiros diodos de carbono de silício ou SiC amplamente utilizados.
O material agora está sendo amplamente utilizado com dispositivos de energia, porque um de seus atributos particulares é a força do campo elétrico de ruptura muito alta e isso permite a fabricação de diodos de tensão mais alta. Para o próprio silício, a tensão máxima para os diodos Schottky é de cerca de 200 volts, embora isso dependa muito do dispositivo real.
No entanto, para carboneto de silício, estão disponíveis diodos de SiC com valores de ruptura reversa bem acima de 1kV – alguns têm valores especificados de até 1,5kV. Esta é uma vantagem distinta, permitindo que sejam usados em muitos mais projetos de circuitos eletrônicos.
Como os diodos Schottky de silício, o diodo Schottky de carboneto de silício usa o fato de que no estado ON, ou seja, polarização direta, os elétrons podem atravessar a barreira para permitir que a corrente flua. Isso significa que, quando a tensão direta for maior que cerca de 0,2 V, a corrente começará a fluir.
No entanto, o problema com os diodos de barreira Schottky é que, se a tensão reversa ficar muito alta, haverá uma quebra na barreira e o diodo poderá ser danificado.
É por esta razão que as tensões reversas máximas para qualquer diodo Schottky de silício são geralmente limitadas a um máximo de cerca de 200 V ou até muito menos, mas dependendo do diodo real. Felizmente, para as versões de carboneto de silício, o limite de tensão reversa pode se estender acima de um quilovolt ou mais, dependendo do diodo real.
Nota sobre carboneto de silício:
O carboneto de silício é um material conhecido por sua dureza, mas também está sendo usado como semicondutor, fornecendo dispositivos capazes de oferecer novos níveis de desempenho, especialmente em projetos de eletrônica de potência.
Leia mais sobre Carbeto de Silício.
Em termos de desempenho, os diodos Schottky de carboneto de silício têm muito a oferecer para novos projetos de circuitos eletrônicos – particularmente aqueles associados a sistemas de energia, pois fornecem melhorias significativas de desempenho em termos de melhor desempenho de comutação, maior eficiência e melhores níveis de densidade de energia também como reduzir os custos globais para o projeto de circuito eletrônico acabado.
Em termos de seu desempenho real, as especificações dos diodos de carboneto de silício detalham que eles fornecem baixa queda de tensão direta, alto nível de estabilidade de corrente, alta capacidade de suportar picos de tensão e coeficiente de temperatura positivo.
De fato, outra característica importante dos diodos Schottky de carboneto de silício é que eles fornecem um tempo de recuperação muito rápido. Esse fator permite que eles forneçam altas velocidades de comutação e, como podem operar em altas frequências, podem usar componentes magnéticos menores e outros componentes passivos. Isso reduz o tamanho dos projetos eletrônicos gerais dessas unidades.
Os diodos também fornecem uma capacitância de baixo nível quando polarizados reversamente, o que é importante quando altas frequências e velocidades são necessárias.
Todas essas características significam que os diodos Schottky de carboneto de silício estão sendo amplamente utilizados em muitos conversores e sistemas de energia. Eles estão sendo usados em inversores fotovoltaicos solares, projetos gerais de circuitos de fornecimento de energia, carregadores de veículos elétricos e muitos outros circuitos e projetos automotivos e relacionados à energia.
Os diodos SiC estão disponíveis em uma variedade de pacotes: dispositivos com chumbo, bem como parafusos onde os níveis de energia são altos. Diodos SMD de montagem em superfície também estão disponíveis. Esses diodos SMD são muito úteis em muitas fontes de alimentação e conversores de tensão comutados, onde os níveis de eficiência precisam ser altos e o espaço precisa ser pequeno.
estrutura de diodo SiC
A estrutura do diodo Schottky de carboneto de silício é muito semelhante à de uma versão de silício.
Uma junção de metal para carboneto de silício é formada pelo depósito de um contato de metal no material semicondutor e, como resultado desse formato de junção, apenas os elétrons fluem, em vez da situação em uma junção PN tradicional, onde ambos os elétrons e buracos fluem (mas em direções opostas). instruções).
Embora existam versões de silício e carboneto de silício de diodos Schottky e ambos sejam capazes de fornecer baixa tensão de ativação e operação rápida, as versões de SiC dos dispositivos são capazes de fornecer uma quebra reversa muito maior.
Propriedades do diodo de carboneto de silício
Vale a pena examinar as várias especificações dos diodos de carboneto de silício com um pouco mais de detalhes para descobrir exatamente como eles podem ser usados da melhor maneira.
Suas propriedades significam que eles são ideais para muitos projetos de circuitos eletrônicos relacionados à energia, onde podem oferecer uma melhoria significativa em muitos aspectos quando comparados aos diodos Schottky baseados em silício mais tradicionais.
- Queda de tensão direta: A vantagem de um diodo Schottky é que ele fornece uma queda de tensão direta muito menor do que um diodo de junção PN tradicional. Embora a tensão de ativação de um diodo Schottky seja menor do que a de um diodo de junção PN, deve-se lembrar que os efeitos resistivos também estarão presentes e isso significará que, à medida que a corrente aumenta, a tensão direta também cai.A queda de tensão direta também depende da temperatura, aumentando com a temperatura. Portanto, manter o diodo resfriado pode ajudar a reduzir as perdas devido à resistência e a dissipação de energia será menor.
- Temperatura operacional: Embora as perdas resistivas aumentem com a temperatura, ainda é possível executar diodos de carboneto de silício a uma temperatura mais alta que os de silício e manter o mesmo nível de confiabilidade. Temperaturas de 170°C são frequentemente citadas nas folhas de dados para esses diodos.
- Tensão reversa máxima: Enquanto os diodos Schottky de silício podem ter apenas uma tensão de ruptura reversa máxima de cerca de 200 volts, o valor dos diodos de carboneto de silício é muito maior. Dependendo do diodo real em questão, valores de 1,2 kV e, em alguns casos, até 1,6 kV foram vistos nas folhas de dados.Essa tensão reversa muito maior permite que eles sejam usados em muitos projetos de circuitos relacionados à fonte de alimentação, onde os diodos Schottky de silício não seriam apropriados.
- Corrente de fuga: Enquanto os diodos Schottky são conhecidos por terem um alto nível de corrente de fuga, a de um diodo de carboneto de silício é muito menor.
- Tempo de recuperação: Como os únicos portadores de carga dentro da área de junção do diodo são os elétrons, isso significa que o tempo de recuperação do diodo é virtualmente instantâneo. Isso torna esses diodos uma proposta muito atraente em circuitos de comutação e, em particular, em fontes de alimentação comutadas.
- Condutividade térmica: O carboneto de silício tem um alto nível de condutividade térmica e isso significa que ele pode conduzir o calor para longe do dispositivo de forma mais eficaz do que o silício, o que significa que altos níveis de corrente podem ser transportados.
- Alta densidade de corrente: O carboneto de silício fornece um alto nível de densidade de corrente. Isso significa que uma junção (ou outra forma de dispositivo) pode transportar um nível mais alto de corrente para um determinado tamanho de junção. Dispositivos para altos níveis de corrente podem ser surpreendentemente pequenos.
Em essência, quando comparado aos dispositivos de silício, o carboneto de silício usa energia com mais eficiência. A combinação de melhor condutividade térmica, densidade de corrente e maior tensão de ruptura, bem como outros aspectos da operação de dispositivos de carboneto de silício, significa que eles podem ser usados para unidades de desempenho muito mais alto e dentro de um espaço menor.
Especificações típicas do diodo Schottky de carboneto de silício
As especificações dos dispositivos de carboneto de silício variam amplamente, dependendo do dispositivo específico em questão. Existem muitos diodos SiC diferentes abordando várias áreas de design de circuitos diferentes.
No entanto, às vezes pode ser útil observar as especificações de um determinado dispositivo para ter uma ideia do tipo de desempenho que esses dispositivos podem fornecer.
O dispositivo fornecido abaixo é descrito como um diodo SiC de 1,2 kV, 15A de uso geral.
| ESPECIFICAÇÕES ONSEMI FFSH15120A | ||
|---|---|---|
| SÍMBOLO | PARÂMETRO | VALOR |
| V RRM | Pico de tensão reversa repetitiva | 1200V |
| V F | Tensão direta | 1,45 V típico @ I F =15A @ 25°C 1,7 V típico @ I F =15A @ 125°C 2,0 V típico @ I F =15A @ 175°C |
| eu R | Corrente inversa | 200µA máx @ V R = 1200 V @ 25°C 300µA máx @ V R = 1200 V @ 125°C 400µA máx @ V R = 1200 V @ 175°C |
| C | capacitância total | 936pF para V R = 1V f = 100kHz 86pF para V R = 400V f = 100kHz 68pF para V R = 800V f = 100kHz |
| E AS | Energia de Avalanche de Pulso Único | 145mJ |
| eu f | Corrente Direta Retificada Contínua @ T C < 159°C | 15A |
| eu f | Corrente Direta Retificada Contínua @ T C < 135°C | 26A |
| I FMAX | Corrente de pico direta não repetitiva a 25°C e 10 µs | 920A |
| eu FSM | Pulso senoidal de meio pulso de corrente de surto direto não repetitivo de período de 8,3 ms | 115A |
| P TOT | Dissipação de energia @25°C | 283 W |
| P TOT | Dissipação de energia @150°C | 47 W |
| T J , T STG | Temperatura de operação e armazenamento | -55 – +175°C |
Os diodos de carboneto de silício ou SiC Schottky estão sendo usados cada vez mais em muitos novos projetos de circuitos eletrônicos. Eles são particularmente úteis no projeto de fonte de alimentação, onde a velocidade desses diodos de SiC pode permitir que frequências mais altas sejam usadas com mais eficiência. Isso traz níveis de eficiência geral muito mais altos, além de permitir que os circuitos sejam muito menores. Ambos os fatos reduzem o custo de fabricação.
Devido ao seu desempenho, os diodos de carboneto de silício estão sendo usados em uma variedade de aplicações, incluindo: sistemas fotovoltaicos de células solares, sistemas de energia para veículos elétricos, circuitos retificadores de energia, energia industrial e até mesmo em detectores de radiofrequência de baixa potência.
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