Kakšne embalaže so primerne za močnostne diode v energetski opremi?

1, izbira paketa glede na zahteve glede odvajanja toplote: gradientna zasnova od TO-220 do DFN
V energetski opremi sposobnost odvajanja toplote močnostnih diod neposredno določa njihovo delovno temperaturo in življenjsko dobo. Glede na različno toplotno odpornost (R θ JA) in načine odvajanja toplote lahko oblike embalaže razdelimo v naslednje tri kategorije:

Embalaža serije TO: merilo za odvajanje toplote v scenarijih visoke-moči
Ohišja TO-220 in TO-247 sta zasnovana s kovinskimi zatiči in blazinicami za odvajanje toplote za prevajanje toplote na tiskano vezje ali hladilno telo, zaradi česar sta najprimernejša izbira za visoko{16}}napajalne scenarije, kot so industrijski napajalniki in motorni pogoni. Na primer, 5kW fotonapetostni pretvornik uporablja MBR20100CT (paket TO-220) Schottky diodo, ki podpira tok 20A in ima toplotno upornost le 2,5 stopinje/W. Dolgo časa lahko stabilno deluje pri temperaturi okolja 60 stopinj. Paket TO-247 dodatno zmanjša toplotno odpornost na 1,8 stopinje/W s širšim razmikom nožic in večjim območjem odvajanja toplote, zaradi česar je primeren za aplikacije z ultra visoko napetostjo (kot je 1700 V) in ultra visokim tokom (kot je 3600 A), kot so prilagodljivi pretvorniški ventili za prenos enosmernega toka.
Paket DFN/PowerPAK: rešitev za-odvajanje toplote z visoko gostoto
Z razvojem energetske opreme v smeri miniaturizacije in visoke gostote moči paketi DFN (oboje-stranski ravni brez zatičev) in PowerPAK neposredno prevajajo toploto na bakreno folijo PCB skozi zasnovo blazinice, ki je izpostavljena na dnu, toplotna upornost pa je lahko le 0,5 stopinje/W. Na primer, napajalnik strežnika uporablja SiC diode, zapakirane v DFN8 × 8, z dvigom temperature samo za 15 stopinj pri toku 100 A, kar je 60 % nižje od paketa TO-220. Ta vrsta embalaže podpira tudi avtomatizirano proizvodnjo za površinsko montažo, kar znatno izboljša učinkovitost proizvodnje.
Modularno pakiranje: integrirano sodelovanje pri odvajanju toplote za več naprav
V pretvorniku vetrne energije in sistemu za shranjevanje energije je treba integrirati več diod z IGBT, kondenzatorjem in drugimi komponentami v istem modulu. Modularna embalaža omogoča vzporedno povezavo z več čipi s tehnologijo stiskanja ali spajkanja, medtem ko uporablja bakrene podlage ali tekočinsko hlajenje za odvajanje toplote, kar izboljša splošno učinkovitost odvajanja toplote. Določen pretvornik vetrne energije na morju na primer uporablja zavit modul IGBT z vgrajenimi-SiC Schottky diodami. Z dvostransko-zasnovo odvajanja toplote se toplotni upor zmanjša na 0,3 stopinje/W, kar podpira raven izhodne moči 10 MW.
2, Optimizacija paketa, prilagojena načinom namestitve: prehod od vstavljanja skozi-luknjo do površinske montaže
Proizvodne metode in prostorske omejitve energetske opreme zahtevajo različne oblike embalaže, ki spodbujajo razvoj embalaže v smeri avtomatizacije in kompaktnosti.

Embalaža za vstavljanje skozi luknjo (THT): združljivost med ročnim varjenjem in vzdrževanjem
Paketi serije DIP (Dual In Line) in TO so mehansko pritrjeni z vstavljanjem zatičev v luknje tiskanega vezja, kar je primerno za scenarije, ki zahtevajo ročno spajkanje ali vzdrževanje. Na primer, določena industrijska krmilna plošča uporablja usmerniške diode 1N4007, pakirane v DIP, ki ima 30 % nižjo ceno kot embalaža za površinsko montažo (SMT), vendar zavzema dvakrat večjo površino plošče kot embalaža SMA. Ta vrsta embalaže ima še vedno določen tržni delež pri poceni-cenovnih napajalnikih in nadzornih ploščah gospodinjskih aparatov.
Embalaža s tehnologijo površinske montaže (SMT): jedro avtomatizirane proizvodnje in integracije visoke gostote
Paketi serije SMA/SMB/SMC in SOD so zasnovani s kratkimi zatiči ali brez zatičev, da se prilagodijo avtomatizirani proizvodnji za površinsko montažo, kar znatno izboljša učinkovitost proizvodnje. Na primer, polnilnik za mobilni telefon uporablja diode SS14 Schottky, pakirane v SMA, ki zasedajo samo 2,5 × 1,2 mm² površine plošče, kar je 80 % manj kot embalaža DO-41. V polnilnih postajah za električna vozila ultra hitra obnovitvena dioda (UFRD), pakirana v SOD-323, podpira 1MHz visokofrekvenčno preklapljanje, kar pomaga doseči 95-odstotno učinkovitost pretvorbe.
Vgrajena enkapsulacija: prihodnja smer integracije sistemske ravni
Z razvojem energetske opreme v smeri inteligence vgrajena embalaža združuje diode, pogonska vezja, senzorje itd. v en sam čip, kar zmanjšuje parazitske parametre in izboljšuje zanesljivost. Na primer, inteligentni napajalni modul (IPM) integrira SiC MOSFET in Schottky diodo, s čimer se njegova velikost zmanjša za 50 % s tehnologijo pakiranja 3D, hkrati pa zmanjša šum EMI, zaradi česar je primeren za fotovoltaične mikro pretvornike in napajalne sisteme za drone.
3, Razvrščanje paketov za ujemanje ravni moči: popolna pokritost od majhnega signala do ultra-visoke napetosti
Razpon moči energetske opreme se giblje od milivatov (kot je senzorsko napajanje) do megavatov (kot so pretvorniki vetrne energije), glede na stopnjo moči pa je treba izbrati ustrezno obliko pakiranja.

Scenarij nizke moči (<1A): Lightweight design of SOD and SOT packaging
Pri usmerjanju signalov in pomožnem napajanju prevladujeta paketa SOD-123 in SOT-23 zaradi svoje majhnosti (1,7 × 1,25 mm²) in nizkih stroškov. Slušalke TWS na primer uporabljajo dvojne Schottky diode BAT54S (paket SOD-123) za dosego popravljanja zvočnega signala in zaščite s porabo energije le 0,1 W.
Scenarij srednje moči (1A-50A): Uravnotežena izbira med SMA in TO-220
Paket SMA (5,4 × 2,6 mm²) podpira tok 5 A in je primeren za potrošniško elektroniko in komunikacijske naprave; Paket TO-220 lahko prenaša tok 20 A, zaradi česar je glavna izbira za industrijske napajalnike in motorne pogone. Na primer, določen modul za polnjenje električnih vozil uporablja TO-220 pakirane diode za hitro obnovitev (FRD) za doseganje 92-odstotne učinkovitosti pri frekvenci 100 kHz.
High power scenario (>50A): Preboj modularnosti in embalaže v obliki diska-
Pri ultra-visokonapetostnem prenosu enosmernega toka in proizvodnji jedrske energije paket za stiskanje v obliki diska- podpira 3,6 kV napetosti in 10 kA udarni tok prek nepredušnega tesnjenja in dvo-stranske zasnove za odvajanje toplote. Na primer, določena ultra-visokonapetostna pretvorniška postaja za enosmerni tok uporablja module s spiralno zavihano diodo, da doseže 99,9-odstotno zanesljivost in življenjsko dobo več kot 20 let.
4, Inovacija pakiranja z vidika sistemske integracije: od diskretnih naprav do inteligentnih modulov
Z razvojem energetske opreme v smeri inteligence in mreženja se oblika pakiranja močnostnih diod razvija od posameznih naprav do funkcionalnih modulov, ki spodbujajo dvojno izboljšanje učinkovitosti in zanesljivosti sistema.

Integrirana zasnova: zmanjšajte parazitske parametre in EMI motnje
Pri visoko-frekvenčnih aplikacijah lahko parazitska induktivnost in kapacitivnost diod povzročita nihanje in hrup. Integrirana embalaža znatno zmanjša parazitske parametre s sopakiranjem diod s kondenzatorji, upori in drugimi komponentami. Na primer, resonančni pretvornik LLC uporablja modul, ki združuje UFRD in tankoslojne kondenzatorje za zmanjšanje šuma EMI za 20 dB in izboljša učinkovitost pretvorbe na 96 %.
Inteligentno spremljanje: dvig-temperature v realnem času in napoved življenja
Z vgradnjo temperaturnih senzorjev ali čipov RFID v embalažo je mogoče-nadzorovati temperaturo spoja diode in delovno stanje v realnem času, kar omogoča predvideno vzdrževanje. Na primer, določen sistem za shranjevanje energije uporablja module SiC diode s temperaturnimi senzorji za zagotavljanje zgodnjega opozarjanja na staranje naprave z analizo velikih podatkov, kar zmanjša stopnjo napak sistema za 70 %.
Standardizacija in modularizacija: zmanjšanje stroškov načrtovanja in proizvodnje sistema
Industrijske zveze spodbujajo standardizacijo standardov pakiranja, kot sta SEMIKRON-ov modul MiniSKiiP in Infineonov modul EasyPACK, ki skrajšata razvojne cikle izdelkov in zmanjšata stroške BOM s standardiziranimi vmesniki in zasnovo odvajanja toplote. Na primer, po sprejetju standardiziranih modulov je določen proizvajalec fotovoltaičnih pretvornikov skrajšal cikel raziskav in razvoja z 12 mesecev na 6 mesecev, s čimer je znižal stroške za 15 %.