Ποια είναι η διαφορά μεταξύ των συνηθισμένων διόδων και των διόδων Schottky που χρησιμοποιούνται στα φωτοβολταϊκά συστήματα;

一, Η ουσιαστική διαφορά μεταξύ φυσικής δομής και αρχής λειτουργίας
1. Συνήθης δίοδος: μηχανισμός ανασυνδυασμού φορέα της διασταύρωσης PN
Οι συνηθισμένες δίοδοι βασίζονται στη δομή σύνδεσης PN που σχηματίζεται από ημιαγωγούς τύπου P- και τύπου N- και ο μηχανισμός αγωγής τους βασίζεται στην έγχυση και τον ανασυνδυασμό μειοψηφικών φορέων. Όταν πολώνονται προς τα εμπρός, οι οπές στην περιοχή P ανασυνδυάζονται με ηλεκτρόνια στην περιοχή Ν στο στρώμα εξάντλησης για να σχηματίσουν ένα ρεύμα. Όταν γίνεται αντίστροφη πόλωση, το πλάτος του στρώματος εξάντλησης αυξάνεται για να σχηματίσει μια κατάσταση υψηλής αντίστασης. Αυτή η δομή έχει ως αποτέλεσμα τα ακόλουθα χαρακτηριστικά των συνηθισμένων διόδων:

Υψηλή πτώση τάσης προς τα εμπρός: Η τυπική τιμή για διόδους-με βάση το πυρίτιο είναι 0,6-0,7V, ενώ για διόδους με βάση το γερμάνιο είναι περίπου 0,2-0,3V
Μεγάλος χρόνος ανάστροφης ανάκτησης: Ο ανασυνδυασμός φορέα διαρκεί μικροδευτερόλεπτα, με αποτέλεσμα απώλειες διακόπτη
Ισχυρή σταθερότητα θερμοκρασίας: Ο αρνητικός συντελεστής θερμοκρασίας χαρακτηριστικό της διασταύρωσης PN καθιστά την απόδοσή της σταθερή στην περιοχή από -40 μοίρες έως 150 μοίρες
2. Δίοδος Schottky: μεταφορά πλειοψηφικού φορέα σε μεταλλικό φράγμα ημιαγωγών
Οι δίοδοι Schottky υιοθετούν μια δομή φραγμού Schottky που σχηματίζεται από μέταλλα (όπως αλουμίνιο και τιτάνιο) και ημιαγωγούς (πυρίτιο ή καρβίδιο του πυριτίου) και ο μηχανισμός αγωγής τους βασίζεται στο φαινόμενο θερμιονικής εκπομπής των πλειοψηφικών φορέων (ηλεκτρόνια). Όταν πολώνονται προς τα εμπρός, τα ηλεκτρόνια διασχίζουν το φράγμα δυναμικού για να σχηματίσουν ρεύμα. Όταν γίνεται αντίστροφη πόλωση, μόνο λίγοι φορείς φόρτισης δημιουργούν ρεύμα διαρροής μικροαμπέρ. Αυτή η δομή του δίνει μοναδικά πλεονεκτήματα:

Θετική μείωση πίεσης: τυπική τιμή 0,15-0,4V, με βάση το καρβίδιο του πυριτίου μπορεί να είναι χαμηλότερη από 1V
Σύντομος χρόνος ανάστροφης ανάκτησης: απόκριση σε επίπεδο νανοδευτερόλεπτου, χωρίς αποτέλεσμα αποθήκευσης φορέα
Χωρητικότητα μικρής διασταύρωσης: εξαιρετικά χαρακτηριστικά υψηλής-συχνότητας, κατάλληλα για εφαρμογές διακόπτη στάθμης MHz
2, Ποσοτική σύγκριση ηλεκτρικής απόδοσης
1. Απώλεια αγωγιμότητας και βελτίωση της απόδοσης
Στους φωτοβολταϊκούς μετατροπείς, η απώλεια αγωγιμότητας των διόδων επηρεάζει άμεσα την απόδοση του συστήματος. Λαμβάνοντας ως παράδειγμα ρεύμα εξόδου 20A:

Συνήθης δίοδος πυριτίου (VF=0.7V): Απώλεια=20A × 0,7V=14W
Δίοδος Schottky (VF=0.3V): Απώλεια=20A × 0,3V=6W
Η απόδοση έχει αυξηθεί κατά 57%, και το μέγεθος του ψυγείου μπορεί να μειωθεί κατά 40%. Στους μετατροπείς στοιχειοσειρών, η χρήση διόδων Schottky μπορεί να αυξήσει την ετήσια παραγωγή ενέργειας κατά 2-3%.
2. Χαρακτηριστικά διακόπτη και εφαρμογές υψηλής-συχνότητας
Στη διαδικασία μετατροπής DC-DC, ο χρόνος ανάστροφης ανάκτησης των διόδων Schottky (<10ns) is reduced by two orders of magnitude compared to ordinary diodes (>1 μ s). Αυτό το κάνει:

Εφαρμογή μεταγωγής μηδενικής τάσης (ZVS) σε κύκλωμα σύγχρονης ανόρθωσης
Μειώστε τις παρεμβολές θορύβου EMI
Αυξήστε τη συχνότητα μεταγωγής σε επίπεδο MHz και μειώστε τον όγκο των μαγνητικών στοιχείων
3. Αντίστροφο ρεύμα διαρροής και κίνδυνος θερμικής διαρροής
The reverse leakage current of Schottky diodes (10-100 μ A) is 2-3 orders of magnitude higher than that of ordinary diodes (nA level). In high temperature environments (>85 μοίρες), το ρεύμα διαρροής αυξάνεται εκθετικά, γεγονός που μπορεί να προκαλέσει:

Η αύξηση της θερμοκρασίας του κουτιού διακλάδωσης υπερβαίνει τους 150 βαθμούς, προκαλώντας γήρανση του υλικού
Παράκαμψη διόδου θερμικής διαφυγής, καύση εξαρτημάτων
Η απόδοση παραγωγής ενέργειας μειώνεται κατά 0,5-1%/ βαθμό
3, Τεχνική προσαρμογή για τυπικά σενάρια εφαρμογής
1. Σενάριο προστασίας παράκαμψης
Στα φωτοβολταϊκά πλαίσια, οι δίοδοι παράκαμψης πρέπει να πληρούν τις ακόλουθες απαιτήσεις:

Γρήγορη απόκριση: Όταν το εξάρτημα εμποδίζεται, η απόκριση νανοδευτερόλεπτου της διόδου Schottky μπορεί να εκτρέψει αμέσως το ρεύμα, αποτρέποντας το σχηματισμό καυτών σημείων
Χαμηλή κατανάλωση ενέργειας: Λαμβάνοντας ως παράδειγμα ένα εξάρτημα 300 W, η απώλεια αγωγιμότητας των διόδων Schottky μειώνεται κατά 80% σε σύγκριση με τις συνηθισμένες διόδους και η θερμοκρασία του κουτιού διακλάδωσης πέφτει κατά 50 βαθμούς
Πρόκληση αξιοπιστίας: Είναι απαραίτητο να περάσετε τη δοκιμή θερμικής διαφυγής IEC62979 για να διασφαλίσετε ότι η θερμότητα που παράγεται από το ρεύμα αντίστροφης διαρροής μπορεί να διαχέεται έγκαιρα σε περιβάλλον 90 μοιρών
2. Σενάριο διόρθωσης μετατροπέα
Στους μετατροπείς στοιχειοσειρών, οι δίοδοι Schottky χρησιμοποιούνται για:

Είσοδος κατά της αντίστροφης ροής: αποτρέψτε τα εξαρτήματα να τροφοδοτούν με ρεύμα το δίκτυο τη νύχτα
Boost Circuit Continuation: Αποτελεσματική Μετατροπή Ενέργειας με MOSFET
Διόρθωση εξόδου: αντικατάσταση παραδοσιακών διόδων γρήγορης ανάκτησης σε τοπολογία χωρίς μετασχηματιστή, αύξηση της απόδοσης κατά 1,5-2%
3. Σενάριο ευφυούς βελτιστοποίησης
Στους βελτιστοποιητές DC-DC, οι δίοδοι Schottky λειτουργούν σε συνδυασμό με τα MOSFET:

Πτώση τάσης χαμηλής αγωγιμότητας: Σε ρεύμα 30A, μπορεί να χρησιμοποιηθεί ένας συνδυασμός MOSFET 2m Ω και διόδου Schottky για τον έλεγχο της θερμοκρασίας της διασταύρωσης εντός 125 μοιρών
Βελτιστοποίηση έντασης: Σε σύγκριση με πολλαπλές διόδους Schottky συνδεδεμένες παράλληλα, το σχήμα MOSFET μειώνει την περιοχή PCB κατά 30%
Ισοζύγιο κόστους: Αν και το κόστος ενός μεμονωμένου σωλήνα αυξάνεται κατά 20%, το κόστος BOM σε επίπεδο συστήματος μειώνεται κατά 15%
4, Κόστους αποτελεσματικότητας και στρατηγική επιλογής
1. Σύγκριση αρχικής επένδυσης
Συνήθης δίοδος: τιμή μονάδας
0.05−
0,2, κατάλληλο για χαμηλή τάση (<60V) and low current (<10A) scenarios
Δίοδος Schottky: τιμή μονάδας
0.2−
1.0, suitable for medium to high voltage (40-200V) and high current (>10Α) σενάρια
Ιδανική λύση διόδου: χρήση MOSFET+ελεγκτή, τιμή μονάδας
1.5−
3.0, αλλά η βελτίωση της αποδοτικότητας του συστήματος μπορεί να αντισταθμίσει την αύξηση του κόστους
2. Πλήρες κόστος κύκλου ζωής
Λαμβάνοντας ως παράδειγμα ένα φωτοβολταϊκό σταθμό ισχύος 100 kW:

Συνήθης δίοδος: ετήσια κατανάλωση ρεύματος
1200, κόστος συντήρησης
πεντακόσια
Δίοδος Schottky: ετήσια κατανάλωση ρεύματος
480, κόστος συντήρησης
διακόσια
Συνολικό κόστος 5 ετών: κανονικό πρόγραμμα
Σχέδιο 8500vs Schottky
τρεις χιλιάδες τετρακόσια
3. Πίνακας απόφασης επιλογής
Παράμετρος συνηθισμένη δίοδος δίοδος Schottky ιδανικό σχήμα διόδου
Τάση εργασίας<60V 40-200V 40-1000V
Ρεύμα λειτουργίας<10A>10A>30A
Απαίτηση αποτελεσματικότητας<95% 95-98%>98%
Εύρος θερμοκρασίας -40 βαθμούς έως 150 βαθμούς -40 βαθμούς έως 125 βαθμούς -40 βαθμούς έως 105 βαθμούς
Η ευαισθησία κόστους είναι υψηλή, μεσαία και χαμηλή