В 2011 г. многие компании представили различные типы диодов – от мостовых выпрямителей до диодов Шоттки на основе кремния и карбида кремния.
Самой активной компанией с точки зрения выпуска новых моделей выпрямителей и диодов в 2011 г. стала Vishay Intertechnology. С января 2011 г. компания представила несколько типов TMBS-выпрямителей с барьером Шоттки (Trench MOS barrier Schottky). Эти выпрямители позволяют обеспечить более высокую плотность тока в низковольтных высокочастотных инверторах и распределительных блоках солнечных элементов, где они используются в качестве обратных диодов защиты фотоэлектрических элементов.
TMBS-выпрямители сочетают высокую перегрузочную способность в прямом направлении с низким прямым напряжением VF, вплоть до 0,3 В, что позволяет минимизировать потери энергии. Устройства отвечают требованиям директивы RoHS 2002/95/EC и WEEE 2002/96/EC и не содержат галогенов в соответствии с определением IEC 61249-2-21.
Кроме того, компания Vishay расширила семейство TMBS-выпрямителей еще 20 приборами, рассчитанными на обратное напряжение 45 В и широкий диапазон номинальных токов 10–60 А в мощных корпусах четырех типов. Благодаря чрезвычайно низкой величине прямого напряжения (вплоть до 0,28 В при токе 5 A), эти TMBS-выпрямители позволяют снизить потери мощности и улучшить.
Vishay представила дополнительно 12 TMBS-выпрямителей, рассчитанных на напряжение 45 В, которые характеризуются широким диапазоном номинального тока: 10…60 A. При чрезвычайно низком падении напряжения, составляющем обычно 0,33 В при токе 10 А, выпрямители оптимизированы для использования в распределительных блоках солнечных батарей в качестве обратных диодов защиты.
Все выпрямители характеризуются максимальной рабочей температурой перехода 150°C и максимальной температурой перехода в режиме прямого постоянного тока без обратного смещения не более 200°C (в течение не более 1 ч). Устройства отвечают требованиям директивы RoHS 2002/95/EC и WEEE 2002/96/EC.
Однофазные мостовые выпрямители в корпусе с однорядным расположением выводов
Vishay выпустила также два однофазных мостовых выпрямителя, которые характеризуются пониженной по сравнению с предыдущим поколением устройств величиной прямого напряжения VF вплоть до 0,73 В при температуре 125°C и высокой перегрузочной способностью по импульсному прямому току.
Выпрямитель LVB1560 обеспечивает номинальный ток в 15 A и низкое значение прямого напряжения VF, вплоть до 0,73 В при токе 7,5 А, в то время как LVB2560 обеспечивает номинальный ток в 25 A и прямое напряжение VF, вплоть до 0,76 В при токе 12,5 А.
Мостовые выпрямители обеспечивают максимальное пиковое обратное напряжение в 600 В. Имеющие планарную структуру окисла на кристалле, устройства демонстрируют высокую электрическую прочность диэлектрика на уровне 2500 ВRMS.
Сверхбыстрые 600-В выпрямители классов Hyperfast и Ultrafast, выполненные по технологии FRED Pt
В 2011 г. Vishay выпустила 34 новых 600-В выпрямителя классов Hyperfast и Ultrafast, выполненных по технологии FRED Pt. Характеризуясь чрезвычайно быстрым временем восстановления, малой величиной прямого падения напряжения и малым зарядом обратного восстановления, новые устройства уменьшают потери на переключение и потери проводимости в высокоэффективных импульсных источниках питания с корректором коэффициента мощности (ККМ).
Обратное время восстановления при комнатной температуре не превышает 17 нс (при IF = 8 A, di/dt = 200 A/мкс, VR = 390 В), а заряд обратного восстановления при температуре 125°C составляет 77 нКл (при IF = 8 A, di/dt = 200 A/мкс, VR = 390 В).
Новые выпрямители входят в состав семейства Hyperfast серий H и X и семейства Ultrafast серии L. Кроме того, новая серия U была специально разработана для сверхбыстрого мягкого восстановления. Устройства имеют улучшенные показатели надежности, которые превышают стандартные требования по устойчивости к повышенной влаге и стабильности IR во времени.
Выпрямители работают при максимальной температуре перехода 175°C, что важно для отказоустойчивых и экономически эффективных систем, а также имеют чрезвычайно низкие утечки. Устройства соответствуют требованиям директивы RoHS 2002/95/EC, не содержат галогенов согласно IEC 61249-2-21, а также спроектированы и специфицированы в соответствии с JEDEC-JESD47.
Диоды Шоттки на карбиде кремния
Компания Cree Inc. анонсировала новое семейство Z-Rec из семи 1200-В диодов Шоттки на карбиде кремния (SiC), которые оптимизированы по цене и характеристикам, рассчитаны на различные токи и доступны в различных корпусах.
При создании устройств силовой электроники последнего поколения разработчики учитывают уникальные характеристики диодов Шоттки на основе карбида кремния – нулевые потери обратного восстановления, независимые от температуры потери на переключение, более высокую рабочую частоту при более низком уровне электромагнитных помех (ЭМП). Новое семейство диодов обеспечивает более высокую плотность тока и устойчивость в лавинном режиме по сравнению с предыдущим поколением диодов Шоттки на базе SiC без ухудшения остальных характеристик.
Диоды Z-Rec от Cree обладают нулевым током обратного восстановления, что обеспечивает 50-% снижение потерь на переключение по сравнению с аналогичными кремниевыми диодами. Они также демонстрируют устойчивые характеристики переключения во всем температурном диапазоне, что упрощает схему и устраняет необходимость применения сложной системы управления тепловыми режимами. При использовании совместно с недавно представленными 1200-В мощными MOSFET на основе SiC новые диоды Шоттки позволяют реализовывать силовые цепи полностью с использованием приборов на основе карбида кремния. Эти устройства способны работать на частоте переключения, в четыре раза превышающей рабочую частоту обычных кремниевых диодов и IGBT. Это позволяет уменьшить размеры, сложность и стоимость схемы инвертора, обеспечивая чрезвычайно высокую эффективность. Наконец, новое семейство имеет дополнительные преимущества по перегрузочной способности и устойчивости в лавинном режиме по сравнению с предыдущим поколением диодов Шоттки на основе SiC, что увеличивает надежность системы.
Эти устройства идеальны при использовании их в качестве вольтодобавочных диодов и встречно включенных диодов в инверторах для солнечных батарей и 3-фазных схем управления электроприводами, а также в цепях усиления ККМ в источниках питания и системах бесперебойного электроснабжения. Они также могут быть использованы в приложениях, в которых множество диодов включены параллельно для увеличения требуемой мощности.
Представленные устройства рассчитаны на номинальные токи 2, 5, 10, 20 и 40 A. В зависимости от номинального тока диоды доступны в стандартном полностью изолированном корпусе TO-220 и в стандартном корпусе TO-247.
Другие устройства на базе SiC
Компания Rohm Semiconductor анонсировала серию высококачественных диодов с барьером Шоттки (SBD) на базе карбида кремния SCS1xxAGC. Этот класс диодов на базе SiC позволяет улучшить эффективность преобразования энергии в таких приложениях ККМ и источники питания, инверторы для солнечных панелей, источники бесперебойного энергопитания, кондиционеры и т.д.
Серия SCS1xxAGC обеспечивает низкое прямое напряжение VF в широком диапазоне температур, что позволяет уменьшить рассеивание мощности в реальных условиях эксплуатации. Например, диод на 10 А имеет VF = 1,5 В при 25°C и 1,6 В при 150°C. Низкое прямое напряжение снижает потери проводимости, в то время как ультракороткое время обратного восстановления (типовое значение 15 нс) обеспечивает высокочастотное переключение и минимизацию потерь на переключение.
С приобретением компании SiCrystal AG ROHM Semiconductor получила в свое распоряжение всю производственную базу для изготовления полупроводников на SiC – от формирования слитка до производства силовых устройств. Это обеспечивает быструю разработку новых продуктов и полный контроль над параметрами необходимых при их производстве материалов, что позволяет достичь лучшие в отрасли показатели по надежности и качеству.
Высокотемпературные диоды малой мощности
Бельгийская компания CISSOID выпустила сдвоенный последовательный высокотемпературный 80-В диод в компактном герметичном металлическом корпусе типа TO-18 – CHT-GANYMEDE. Этот прибор, состоящий из двух последовательно соединенных диодов, способен выдерживать обратное напряжение до 80 В, имеет максимальный прямой ток 300 мА при температуре 225°C и предназначен для работы в диапазоне температур: –55…225°C. Этот сдвоенный диод представляет собой дискретный прибор общего назначения, который можно использовать в различных приложениях, в том числе в цепях восстановления постоянной составляющей, низкоточных выпрямителях, схемах датчиков и т.д.
Диоды CHT-GANYMEDE имеют весьма малую емкость перехода на уровне 8,5 пФ при обратном напряжении 25 В, что делает их идеальными для выпрямления переменного сигнала, например, в мостовых выпрямителях с использованием двух диодов GANYMEDE. Эти диоды имеют прямое напряжение 0,36 В при токе 1 мА и температуре 225°C, а кроме того демонстрируют весьма низкие токи утечки в 8,9 мкА при обратном напряжении 80 В и температуре 225°C, что делает их пригодными для высокотемпературных умножителей напряжения (с накачкой заряда). При прямом токе в 300 мА для прямого напряжения в 1,5 В при температуре 225°C диоды GANYMEDE можно использовать в схемах фиксации напряжения.
Сертифицированные по QPL выпрямительные диоды Шоттки для космических приложений
Компания International Rectifier (IR) расширила свое предложение в области высоконадежных выпрямительных диодов Шоттки. Сертифицированные в соответствии с QPL (Qualified Products List) – перечнем изделий, разрешенных к применению Управлением тыла Министерства обороны США (Defense Logistics Agency (DLA) Land and Maritime) для космических приложений – эти устройства доступны в исполнении с допустимыми обратными напряжениями 45 и 100 В и номинальными токами 15…45 А.
Выпрямительные диоды Шоттки используются, главным образом, в выходном каскаде импульсно источника питания. Характеризующиеся весьма малым прямым падением напряжения VF и коротким временем восстановления, эти новые устройства позволяют минимизировать потери переключения и проводимости в источниках питания.
Выпрямители с технологией SuperBarrier
Компания Diodes Inc. расширила свое предложение выпрямителей, изготовленных по запатентованной ею технологии Super Barrier Rectifiers (SBR), устройствами с номинальными токами 12 и 15 А в компактном корпусе PowerDI5. Устройства характеризуются весьма малым прямым напряжением, например, выпрямитель SBR12U120P5 имеет типовую величину VF, равную 0,63 В при прямом токе 12 А и рабочей температуре 125ºC.
Благодаря лучшим тепловым характеристикам контакта, что помогает улучшить перегрузочную способность в прямом направлении, SBR в корпусе PowerDi5 позволяют повысить надежность источников питания за счет лучшей защиты от бросков тока при включении и лучшей передачи тепла по сравнению с выпрямителями в более крупных корпусах. Посадочное место корпуса PowerDI5 составляет 26 мм2, что на 41% меньше корпуса SMC, а его высота (1,15 мм) равна половине высоты корпуса DPAK (TO252).
Компания Diodes Inc. также анонсировала первые устройства семейства Super Barrier Rectifier, предназначенные для автомобильных приложений. При меньшем значении VF, лучших характеристиках лавинного пробоя и более широкой области безопасной работы по сравнению с другими диодами Шоттки или ультрабыстрыми диодами, эти отказоустойчивые выпрямители позволяют разработчикам увеличить надежность систем управления электроприводами, систем светодиодного освещения и дисплейных панелей.
Использующие запатентованную компанией Diodes технологию и сертифицированные по AECQ101SBR выпрямители SBR20A60CTBQ, SBR30A45CTBQ и SBR3045CTBQ рассчитаны на выходные токи 20 и 30 А и предлагаются в стандартных корпусах TO-263, а SBR1045D1Q рассчитан на номинальный ток 10 А и поставляется в более компактном корпусе TO-252.
Малое прямое напряжение VF, присущее SBR, означает, что можно существенно улучшить эффективность схем, а также обеспечить снижение рабочей температуры. Надежность увеличена за счет более высокого номинального напряжения обратного лавинного пробоя, что обеспечивает лучшую защиту от переходных бросков напряжения и меньшие обратные токи утечки. Это позволяет достичь более широкой области безопасной работы устройства и защищает от теплового пробоя при высоких рабочих температурах.
Семейство диодов Qspeed
Компания Power Integrations, которая в декабре 2010 г. приобрела компанию Qspeed Semiconductor, объявила о доступности семейства диодов Qspeed. В диодах Qspeed используется уникальный технологический процесс на базе кремния, обеспечивающий сочетание чрезвычайно малого заряда обратного восстановления QRR с очень мягкой характеристикой восстановления. Эти две особенности позволяют разработчикам оптимизировать эффективность и уровень ЭМП в схемах преобразования энергии. В схемах коррекции коэффициента мощности диоды Qspeed демонстрируют общие характеристики переключения, сравнимые с диодами на основе карбида кремния при значительно меньшей стоимости.
Согласно данным компании, диоды Qspeed имеют самую малую величину заряда обратного восстановления QRR среди недорогих диодов на основе кремния. Они способны вытеснить ультрабыстрые кремниевые диоды в ККМ и выпрямительных схемах, которые предназначены для увеличения эффективности или снижения рабочей температуры. Кроме того, эти устройства заменяют диоды на основе карбида кремния в приложениях более низкого ценового сегмента.
При обратном восстановлении диода генерируются ЭМП, которые необходимо подавлять, чтобы исключить их влияние на сеть переменного тока, нагрузку источника питания или на расположенные поблизости системы. Диоды Qspeed имеют мягкие, практически синусоидальные, характеристики восстановления, которые не содержат высокочастотных гармоник, что позволяет снизить любые виды ЭМП. Это, в свою очередь, позволяет снизить размеры, стоимость, вес и сложность фильтров ЭМП, применяемых в источниках питания, и сократить затраты на создание прототипов и разработку схем подавления ЭМП.
Трисемействадиодов Qspeed
Диоды Qspeed демонстрируют лучшие в отрасли характеристики без применения дорогих материалов, позволяя создать высокоэффективные и экономичные схемы. 600-В диоды Qspeed доступны в трех семействах. Серия X оптимизирована для экономичных решений с частотой переключения ниже 80 кГц, а серии Q и H разработаны для использования на частотах выше 80 кГц. Серия Q имеет самую мягкую характеристику восстановления, обеспечивая наименьший уровень ЭМП. Серия H имеет наименьшие значения VF и QRR, обеспечивая тем самым наивысшую эффективность. Наряду с 600-В устройствами предлагаются 300-В диоды Qspeed, которые демонстрируют лучшие в своем классе характеристики переключения при использовании в выходных выпрямителях и аудиоприложениях.
Автор: Сэм Дэвис (Sam Davis), главный редактор, Power Electronics Technology