Kakšna je razlika med navadnimi diodami in diodami Schottky, ki se uporabljajo v fotovoltaičnih sistemih?

一, Bistvena razlika med fizično strukturo in principom delovanja
1. Navadna dioda: mehanizem rekombinacije nosilcev PN spoja
Navadne diode temeljijo na strukturi spoja PN, ki jo tvorita polprevodnika tipa P- in N-, njihov prevodni mehanizem pa temelji na vbrizgavanju in rekombinaciji manjšinskih nosilcev. Ko so usmerjene naprej, se luknje v P regiji rekombinirajo z elektroni v N regiji v osiromašeni plasti, da tvorijo tok; Pri obratni prednapetosti se širina osiromašene plasti poveča, da nastane stanje visoke odpornosti. Posledica te strukture so naslednje značilnosti navadnih diod:

Visok padec napetosti naprej: tipična vrednost za diode na osnovi silicija je 0,6-0,7 V, medtem ko je za diode na osnovi germanija približno 0,2-0,3 V
Dolg povratni čas obnovitve: rekombinacija nosilca traja mikrosekunde, kar povzroči izgube pri stikalu
Močna temperaturna stabilnost: negativni temperaturni koeficient, značilen za spoj PN, omogoča stabilno delovanje v območju od -40 stopinj do 150 stopinj
2. Schottkyjeva dioda: prenos večinskega nosilca v kovinski polprevodniški pregradi
Schottkyjeve diode imajo strukturo Schottkyjeve pregrade, ki jo tvorijo kovine (kot sta aluminij in titan) in polprevodniki (silicij ali silicijev karbid), njihov prevodni mehanizem pa temelji na učinku termionske emisije večinskih nosilcev (elektronov). Ko so usmerjeni naprej, elektroni prečkajo potencialno oviro in tvorijo tok; Pri obratni prednapetosti le nekaj nosilcev naboja ustvari mikroamperski tok uhajanja. Ta struktura daje edinstvene prednosti:

Zmanjšanje pozitivnega tlaka: tipična vrednost 0,15–0,4 V, na osnovi silicijevega karbida je lahko nižja od 1 V
Kratek povratni čas obnovitve: nanosekundni odziv, brez učinka shranjevanja nosilca
Majhna spojna kapacitivnost: odlične visokofrekvenčne-karakteristike, primerne za aplikacije nivojskih stikal MHz
2, Kvantitativna primerjava električne zmogljivosti
1. Izguba prevodnosti in izboljšanje učinkovitosti
V fotovoltaičnih pretvornikih izguba prevodnosti diod neposredno vpliva na učinkovitost sistema. Kot primer vzamemo izhodni tok 20 A:

Navadna silicijeva dioda (VF=0.7V): Izguba=20A × 0,7V=14W
Schottkyjeva dioda (VF=0.3V): izguba=20A × 0,3 V=6W
Učinkovitost se je povečala za 57 %, velikost radiatorja pa je mogoče zmanjšati za 40 %. V strunskih inverterjih lahko uporaba Schottky diod poveča letno proizvodnjo električne energije za 2-3 %.
2. Značilnosti preklopa in visoko{1}}frekvenčne aplikacije
V procesu pretvorbe DC-DC je obratni obnovitveni čas Schottkyjevih diod (<10ns) is reduced by two orders of magnitude compared to ordinary diodes (>1 μs). Zaradi tega je:

Implementacija ničelnega preklopa (ZVS) v sinhronskem usmerjevalnem vezju
Zmanjšajte motnje hrupa EMI
Povečajte preklopno frekvenco na raven MHz in zmanjšajte glasnost magnetnih komponent
3. Povratni tok uhajanja in nevarnost toplotnega uhajanja
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 stopinj), tok uhajanja eksponentno narašča, kar lahko povzroči:

Povišanje temperature priključne omarice preseže 150 stopinj, kar povzroči staranje materiala
Toplotni odmik obvodne diode, goreče komponente
Učinkovitost proizvodnje električne energije se zmanjša za 0,5-1 %/stopinjo
3, Tehnična prilagoditev za tipične scenarije uporabe
1. Scenarij zaščite obvoda
V fotonapetostnih modulih morajo bypass diode izpolnjevati naslednje zahteve:

Hiter odziv: Ko je komponenta ovirana, lahko nanosekundni odziv Schottky diode takoj preusmeri tok in prepreči nastanek vročih točk.
Nizka poraba energije: če za primer vzamemo 300 W komponento, se izguba prevodnosti Schottky diod zmanjša za 80 % v primerjavi z navadnimi diodami, temperatura priključne omarice pa pade za 50 stopinj
Izziv glede zanesljivosti: treba je opraviti preskus toplotnega uhajanja IEC62979, da se zagotovi pravočasno odvajanje toplote, ki jo ustvari povratni tok uhajanja, v okolju 90 stopinj.
2. Scenarij popravljanja razsmernika
V strunskih pretvornikih se Schottky diode uporabljajo za:

Vhodni protipovratni tok: preprečite, da bi komponente ponoči napajale omrežje
Nadaljevanje ojačevalnega vezja: Učinkovita pretvorba energije z MOSFET
Popravek izhoda: zamenjava tradicionalnih diod za hitro obnovitev v topologiji brez transformatorja, povečanje učinkovitosti za 1,5-2 %
3. Scenarij inteligentnega optimizatorja
V DC-DC optimizatorjih delujejo Schottkyjeve diode v povezavi z MOSFET-ji:

Nizek padec prevodne napetosti: Pri toku 30 A lahko kombinacijo 2 m Ω MOSFET in Schottky diode uporabite za nadzor temperature spoja znotraj 125 stopinj
Optimizacija glasnosti: V primerjavi z več vzporedno povezanimi Schottky diodami shema MOSFET zmanjša površino PCB za 30 %
Stroškovno ravnovesje: Čeprav se stroški posamezne cevi povečajo za 20 %, se stroški BOM na ravni sistema zmanjšajo za 15 %.
4, Stroškovna učinkovitost in strategija izbire
1. Primerjava začetne naložbe
Navadna dioda: cena na enoto
0.05−
0,2, primeren za nizko napetost (<60V) and low current (<10A) scenarios
Schottky dioda: cena na enoto
0.2−
1.0, suitable for medium to high voltage (40-200V) and high current (>10A) scenariji
Idealna diodna rešitev: uporaba MOSFET+krmilnik, cena na enoto
1.5−
3.0, vendar lahko izboljšanje učinkovitosti sistema izravna povečanje stroškov
2. Stroški celotnega življenjskega cikla
Kot primer vzamemo 100kW fotovoltaično elektrarno:

Navadna dioda: letna poraba energije
1200, stroški vzdrževanja
petsto
Schottky dioda: letna poraba energije
480, stroški vzdrževanja
dvesto
5-letni skupni stroški: običajni načrt
8500v Schottkyjeva shema
tri tisoč štiristo
3. Izbirna odločitvena matrika
Parameter navadna dioda Schottky dioda idealna shema diode
Delovna napetost<60V 40-200V 40-1000V
Delovni tok<10A>10A>30A
Zahteva glede učinkovitosti<95% 95-98%>98%
Temperaturno območje -40 stopinj do 150 stopinj -40 stopinj do 125 stopinj -40 stopinj do 105 stopinj
Stroškovna občutljivost je visoka, srednja in nizka