Kako odabrati Schottky diode u sustavima za pohranu energije kako bi se smanjili gubici?

1, Analiza mehanizma gubitaka: Koren prednosti energetske efikasnosti Šotkijevih dioda
Gubitak energije u sistemima za skladištenje energije uglavnom dolazi iz tri puta: gubitak provodljivosti, gubitak komutacije i gubitak povratnog povrata energije. Schottky diode su postigle sveobuhvatno nadmašivanje tradicionalnih PN spojnih dioda kroz inovaciju materijala i strukturni dizajn.

Kontrola gubitka provodljivosti
Schottky diode koriste metalne poluvodičke spojeve (Schottky barijere) umjesto PN spojeva, a njihov prednji pad napona (Vf) je obično 0,2-0,5V, što je više od 50% niže od onog kod običnih silikonskih dioda (0,7-1,0V). Uzimajući za primjer struju od 100A, gubitak provodljivosti običnih dioda iznosi 70W, dok su Schottky diode samo 20-50W. U sistemu upravljanja baterijama BYD Han EV, upotreba Šotkijevih dioda sa niskim Vf poboljšava ukupnu efikasnost sistema za 1,2% i povećava domet za 3-5 kilometara.
Optimizacija gubitaka prekidača
Schottky diode nemaju efekt skladištenja manjinskih nosilaca, a vrijeme povratnog oporavka (Trr) može se skratiti na 10-100ns, što je tri reda veličine niže od običnih dioda (nivo mikrosekunde). U Siemens SINAMICS G120 frekventnom pretvaraču, primena Šotkijevih dioda povećava frekvenciju prebacivanja sa 20kHz na 100kHz, smanjuje komutacione gubitke za 60% i povećava gustinu snage sistema za 40%.
Upravljanje obrnutom strujom curenja
Iako je struja obrnutog curenja (Ir) Schottky dioda veća od one kod običnih dioda, optimizacija materijala (kao što je korištenje epitaksijalnih pločica na bazi silikona- i procesa kontaktnog sloja plemenitog metala) može kontrolirati Ir na mikroamperima pri visokim temperaturama. 1N5819WS model kompanije Heketai Electronics ima Ir od samo 5 μ A na 125 stepeni, ispunjavajući stroge zahtjeve sistema za skladištenje energije za statičku potrošnju energije.
2, Usklađivanje ključnih parametara: metodologija odabira od teorije do inženjerstva
Scenariji primjene sistema za pohranu energije zahtijevaju različite parametre za Schottky diode, a matricu odabira treba uspostaviti iz četiri dimenzije: napon, struja, frekvencija i temperatura.

Usklađivanje parametara napona
Reverse Voltage Resistance (VRRM): Trebao bi biti 1,2-1,5 puta veći od maksimalnog napona sistema. Na primjer, u sistemu za pohranu energije od 48 V, ako se koristi baterija od 12 žica (maksimalni napon 54 V), treba odabrati model sa VRRM većim ili jednakim 80 V (kao što je Semiconductor SMBJ75A).
Reverse Recovery Voltage (VRM): U impulsnim aplikacijama, potrebno je uzeti u obzir uticaj skokova napona na uređaj. Tesla Solar Roof koristi Schottky diode od silicijum karbida sa VRM od 600V, koje mogu izdržati prolazne prenapone kao što su udari groma.
Trenutno podudaranje parametara
Prosječna struja (IF): treba da pokrije 1,5 puta maksimalnu struju rada sistema. U SG3125HV invertoru kompanije Sunac Power, Schottky diode sa IF=50A se koriste za ispunjavanje zahtjeva za rad pri punom opterećenju sistema od 100 kW.
Prenaponska struja (IFSM): treba da izdrži prolazne struje tokom procesa punjenja i pražnjenja baterije. Model MBR1045CT iz Heketai Electronicsa može izdržati udarnu struju od 100A i pogodan je za pokretanje scenarija šoka električnog vozila OBC (-punjač na ploči).
Usklađivanje parametara frekvencije
Maksimalna radna frekvencija (fM): treba da odgovara frekvenciji uključivanja prekidača napajanja. U Huawei SUN2000 inverteru, Schottky dioda sa fM=1MHz koristi se za postizanje 99% MPPT efikasnosti praćenja.
Kapacitet spoja (Cj): Nizak Cj može smanjiti gubitke punjenja i pražnjenja tokom visoko-prebacivanja. RB521D1-30-Q1 model Cj kompanije Anbang Electronics ima samo 2pF i pogodan je za RF (radio frekvencije) aplikacije.
Usklađivanje temperaturnih parametara
Raspon radne temperature: Potrebno je pokriti ekstremne temperature okoline sistema za skladištenje energije. DFN1006 upakovani proizvod kompanije Heketai Electronics može stabilno da radi u opsegu od -40 stepeni do 125 stepeni, sa driftom napona kontrolisanim unutar ± 0,05%/stepen, ispunjavajući zahteve stabilnosti napajanja ADAS-a (Napredni sistemi za pomoć vozaču).
Toplotna otpornost (R θ JA): Pakovanje sa niskom toplotnom otpornošću može poboljšati efikasnost odvođenja toplote. Termički otpor paketa TO-220 je 15 stepeni/W, dok ga DFN1006 paket može smanjiti na 5 stepeni/W, značajno smanjujući porast temperature uređaja.
3, Prilagođavanje scenarija aplikacije: praksa odabira od općih do prilagođenih
Raznovrsni scenariji primjene sistema za skladištenje energije zahtijevaju različite zahtjeve za Schottky diode, a prilagođeni odabir se mora napraviti na osnovu specifičnih scenarija.

Sistem upravljanja baterijom (BMS)
Zaštita od obrnutog punjenja: Odaberite modele sa niskim Vf i visokim IFSM. Deshmann pametna brava za vrata usvaja BAT54 seriju Schottky diode (Vf=0.3V, IFSM=30A), koja postiže 99,99% pouzdanosti protiv obrnutog punjenja u okruženju od -40 stepeni ~85 stepeni.
Balansirana kontrola: Odaberite modele sa niskim Ir i visokim VRRM. Ningde Times sistem za pohranu energije usvaja model SD101AW (Ir=0.2 μ A, VRRM=1000V) kako bi se postigla uravnotežena kontrola na nivou od milivolta između baterija.
DC-DC pretvarač
Sinhrona rektifikacija: Potrebno je odabrati model sa niskim Vf i niskim R θ JA. Sunshine Power SG3125HV inverter koristi Schottky diode upakovane u SOD-123 (Vf=0.25V, R θ JA=30 stepen /W), sa efikasnošću konverzije od 98,7%.
Tehnologija mekog prebacivanja: potrebno je odabrati modele sa niskim Qrr (obrnutim punjenjem). Model MBR20100CT Qrr iz Heketai Electronics-a ima samo 5nC i pogodan je za ZVS (nultonaponsko prebacivanje) kola, smanjujući gubitke pri prebacivanju za 70%.
PV inverter
MPPT praćenje: Odaberite modele sa visokim fM i niskim Cj. Huawei SUN2000 inverter koristi Schottky diode upakovane u SMA (fM=1MHz, Cj=5pF) za postizanje brzog odziva od nivoa od 0,1 ms.
Zaštita ostrva: Potrebno je odabrati modele sa visokim VRRM i niskim Ir. Tesla Solar Roof koristi Schottky diode od silicijum-karbida (VRRM=600V, Ir=1 μ A) za prekid reverzne struje u roku od 0,1 sekunde u slučaju kvara na mreži.