Ultraszybka dioda 1000V TO-247 – onsemi RURG, STTH, Vishay VS, IXYS DSEI, SiC Schottky

Pytanie

ultraszybka dioda 1000v w obudowie to-247

Odpowiedź Sztucznej Inteligencji

Bezpośrednia odpowiedź na pytanie

• Tak, na rynku dostępnych jest wiele ultraszybkich (ultra-/hyper-fast) diod prostowniczych 1 000 V w obudowie TO-247.
• Najczęściej spotykane serie to m.in. onsemi RURG-x0100, STMicroelectronics STTH-x010, Vishay VS-xPF/EPF-10, IXYS/Littelfuse DSEI-xx-10A oraz diody SiC Schottky 1 200 V (np. Infineon CoolSiC™ IDW/IDH-xx-C5), które w większości aplikacji mogą zastąpić diodę 1 000 V.
• Przy doborze należy zweryfikować: prąd średni IF(AV), czas odzyskiwania trr (lub ładunek Qrr/Qc), spadek VF, a także warunki chłodzenia obudowy TO-247.

Szczegółowa analiza problemu

1. Kluczowe parametry określające „ultraszybkość”

1. Czas odzyskiwania zdolności zaporowej
    • klasyczne Si FRED: 35–120 ns (t_rr)
    • nowoczesne SiC Schottky: praktycznie brak ładunku mniejszościowego ⇒ t_rr ≈ 0, zamiast tego podaje się ładunek pojemnościowy Q_c (kilkadziesiąt nC)
2. Ładunek odzyskiwania Q_rr/Q_c – bezpośrednio definiuje straty przełączania P_sw ≈ V_R · Q_rr · f_sw.
3. Spadek napięcia w kierunku przewodzenia VF – decyduje o stratach przewodzenia P_cond = VF · I_F(AV).
4. Charakterystyka „soft recovery” – im „miększe” wyłączanie, tym mniejsze przepięcia i EMI.

2. Zestawienie popularnych diod 1 000 V w TO-247

* Źródła: karty katalogowe producentów, RS Components, Vishay on-line selector, onsemi.
** Diody SiC zazwyczaj produkowane są w wersjach 650 V i 1 200 V; 1 200 V można stosować zamiast 1 000 V z minimalnym wpływem na parametry układu.

3. Kryteria wyboru diody

1. Prąd średni i szczytowy – dobierać z 30-50 % zapasem do wartości roboczej.
2. Częstotliwość przełączania:
    • ≤ 50 kHz – Si FRED zwykle wystarczająca, tańsza.
    • ≥ 50–100 kHz – SiC Schottky (lub FRED < 35 ns) redukują P_sw i radiator.
3. EMI / topologia – „soft recovery” w indukcyjnych obwodach (falowniki, PFC) minimalizuje przepięcia dv/dt.
4. Termika – obudowa TO-247: RθJC 0,3-0,8 K/W, wymaga planu chłodzenia (radiator, pasta).
5. Dostępność, cena, certyfikaty (RoHS, AEC-Q101).

4. Typowe zastosowania

• prostowniki HF w SMPS i PFC,
• diody swobodnego koła w mostkach półmostkowych/falownikach IGBT,
• snubbery RC-D,
• ładowarki EV/DC-DC o wyższych napięciach.

Aktualne informacje i trendy

• Przejście z krzemowych FRED na SiC Schottky przy napięciach ≥ 650 V – >96 % sprawności przy wyższych f_sw, mniejsze radiatory, integracja z GaN/SiC MOSFET.
• Nowe generacje (Infineon CoolSiC™ G6, Wolfspeed C6) oferują Q_c < 20 nC przy 10 A i VR=1 200 V.
• ST wprowadza serię STPOWER SiC D2PAK-7L/TO-247-4 z wyodrębnionym pinem kelvinowskim do szybszego odprowadzania ładunku.

Wspierające wyjaśnienia i detale

• t_rr definiuje czas od momentu przełączenia diody z przewodzenia do stanu blokowania (0,25 • IF).
• Q_rr/Qc wpływa na straty wg wzoru:
  \[ P{sw} \approx V{R} \cdot Q{rr} \cdot f_{sw} \]
• TO-247-2/-3/DO-247AC różnią się liczbą wyprowadzeń i izolacją kolektor-radiator.

Aspekty etyczne i prawne

• Wszystkie wymienione diody dostępne w wersjach zgodnych z RoHS/REACH.
• W aplikacjach sieciowych > 1 kV należy uwzględnić normy bezpieczeństwa (PN-EN 50178, UL 1557).

Praktyczne wskazówki

1. Montaż: moment dokręcenia 1,0–1,8 Nm, stosować podkładki izolacyjne lub pełną izolację ISOPLUS-247, jeśli radiator jest uziemiony.
2. Pomiar t_rr/Q_rr – mostek dynamiczny zgodny z JESD24-2.
3. Test termiczny: ΔT_j < 25 K przy warunkach znamionowych ⇒ dobra wymiana ciepła.

Ewentualne zastrzeżenia lub uwagi dodatkowe

• Diody SiC mają wyższy koszt (≈ 3-6× Si FRED), ale korzyści energetyczne często kompensują cenę w ciągu jednego roku pracy.
• W topologiach rezonansowych (LLC) dioda może pracować w trybie miękkiego przełączania – wówczas korzyść z SiC bywa mniejsza.

Sugestie dalszych badań

• Analiza kosztu cyklu życia (LCC) Si vs. SiC przy częstotliwościach 65–200 kHz.
• Weryfikacja wpływu charakterystyki „soft” vs „hard” recovery na emisję EMI w układach > 600 V.
• Test AEC-Q101 (125 °C/1 000 h) dla aplikacji automotive HV-DC.

Krótkie podsumowanie

Ultraszybką diodę 1 000 V w obudowie TO-247 można dobrać spośród serii onsemi RURG-x0100, ST STTH-x010, Vishay VS-xPF/EPF-10, IXYS DSEI-xx-10A lub – w wersji o minimalnych stratach przełączania – z diod SiC Schottky 1 200 V (np. Infineon CoolSiC™). Ostateczny wybór powinien bazować na prądzie średnim, czasie odzyskiwania (trr lub Q_c), ograniczeniach termicznych i budżecie. Przy f_sw > 50 kHz SiC Schottky niemal zawsze zapewni najwyższą sprawność i najprostsze chłodzenie.