Koja je razlika između običnih dioda i Schottky dioda koje se koriste u fotonaponskim sistemima?

一, Suštinska razlika između fizičke strukture i principa rada
1. Obična dioda: mehanizam rekombinacije nosioca PN spoja
Obične diode se zasnivaju na strukturi PN spoja koju formiraju poluvodiči tipa P- i N-, a njihov provodni mehanizam se oslanja na ubrizgavanje i rekombinaciju manjinskih nosača. Kada su pristrasne prema naprijed, rupe u P regionu se rekombinuju sa elektronima u N regionu u sloju za iscrpljivanje da bi formirale struju; Kada je obrnuto pristrasno, širina sloja iscrpljenosti se povećava kako bi se formiralo stanje visokog otpora. Ova struktura rezultira sljedećim karakteristikama običnih dioda:

Visok pad napona naprijed: tipična vrijednost za silikonske{0}}diode je 0,6-0,7V, dok je za diode na bazi germanija oko 0,2-0,3V
Dugo vrijeme povratnog oporavka: rekombinacija nosioca traje mikrosekunde, što rezultira gubicima prebacivanja
Jaka temperaturna stabilnost: Negativni temperaturni koeficijent karakteristika PN spoja čini njegovu performansu stabilnom u rasponu od -40 stepeni do 150 stepeni
2. Šotkijeva dioda: transport većine nosioca u metalnoj poluvodičkoj barijeri
Schottky diode usvajaju strukturu Schottky barijere koju čine metali (kao što su aluminij i titanij) i poluvodiči (silicijum ili silicijum karbid), a njihov provodni mehanizam se zasniva na efektu termoionske emisije većinskih nosilaca (elektrona). Kada su nagnuti prema naprijed, elektroni prelaze potencijalnu barijeru i formiraju struju; Kada je obrnuto pristrasno, samo nekoliko nosača naboja stvara struju curenja mikroampera. Ova struktura daje jedinstvene prednosti:

Pozitivno smanjenje pritiska: tipična vrijednost 0,15-0,4V, na bazi silicijum karbida može biti niža od 1V
Kratko vrijeme povratnog oporavka: odziv na nivou nanosekunde, bez efekta skladištenja nosača
Mali kapacitet spoja: odlične karakteristike visoke-frekvencije, pogodne za aplikacije prekidača nivoa MHz
2, Kvantitativno poređenje električnih performansi
1. Gubitak provodljivosti i poboljšanje efikasnosti
U fotonaponskim inverterima gubitak provodljivosti dioda direktno utiče na efikasnost sistema. Uzimajući za primjer izlaznu struju od 20A:

Obična silikonska dioda (VF=0.7V): Gubitak=20A × 0,7V=14W
Schottky dioda (VF=0.3V): Gubitak=20A × 0,3V=6W
Efikasnost je povećana za 57%, a veličina radijatora se može smanjiti za 40%. U string invertorima, upotreba Schottky dioda može povećati godišnju proizvodnju električne energije za 2-3%.
2. Prebacite karakteristike i-aplikacije visoke frekvencije
U procesu DC-DC konverzije, obrnuto vrijeme oporavka Schottky dioda (<10ns) is reduced by two orders of magnitude compared to ordinary diodes (>1 μs). Ovo ga čini:

Implementacija nultonaponske komutacije (ZVS) u sinkronom krugu ispravljanja
Smanjite smetnje EMI buke
Povećajte frekvenciju prebacivanja na nivo MHz i smanjite volumen magnetnih komponenti
3. Obrnuta struja curenja i rizik od termičkog bijega
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 stepeni), struja curenja raste eksponencijalno, što može uzrokovati:

Porast temperature razvodne kutije prelazi 150 stepeni, što uzrokuje starenje materijala
Zaobilazni dioda termički bijeg, gore komponente
Efikasnost proizvodnje električne energije se smanjuje za 0,5-1% po stepenu
3, Tehnička prilagodba za tipične scenarije primjene
1. Scenarij zaštite zaobilaženja
U fotonaponskim modulima, bypass diode moraju ispunjavati sljedeće zahtjeve:

Brz odgovor: Kada je komponenta opstruirana, nanosekundni odziv Šotkijeve diode može odmah preusmjeriti struju, sprječavajući stvaranje vrućih tačaka
Mala potrošnja energije: Uzimajući komponentu od 300 W kao primjer, gubitak provodljivosti Schottky dioda je smanjen za 80% u poređenju sa običnim diodama, a temperatura razvodne kutije pada za 50 stepeni
Izazov u pogledu pouzdanosti: Neophodno je proći IEC62979 test termičkog bijega kako bi se osiguralo da se toplina koju stvara obrnuta struja curenja može pravovremeno raspršiti u okruženju od 90 stepeni
2. Scenarij ispravljanja pretvarača
U strunim invertorima, Schottky diode se koriste za:

Ulaz protiv povratnog toka: spriječite komponente da snabdijevaju mrežu noću
Nastavak pojačanja: Efikasna konverzija energije sa MOSFET-om
Ispravljanje izlaza: zamjena tradicionalnih dioda za brzi oporavak u topologiji bez transformatora, povećanje efikasnosti za 1,5-2%
3. Inteligentni scenario optimizatora
U DC-DC optimizatorima, Schottky diode rade u sprezi sa MOSFET-ovima:

Nizak pad napona provodljivosti: Pri struji od 30A, kombinacija MOSFET-a od 2m Ω i Schottky diode može se koristiti za kontrolu temperature spoja unutar 125 stepeni
Optimizacija volumena: U poređenju sa više Schottky dioda povezanih paralelno, MOSFET shema smanjuje površinu PCB-a za 30%
Bilans troškova: Iako se trošak jedne cijevi povećava za 20%, cijena BOM na nivou sistema se smanjuje za 15%
4, Isplativost i strategija odabira
1. Inicijalno poređenje ulaganja
Obična dioda: jedinična cijena
0.05−
0,2, pogodan za niski napon (<60V) and low current (<10A) scenarios
Schottky dioda: jedinična cijena
0.2−
1.0, suitable for medium to high voltage (40-200V) and high current (>10A) scenariji
Idealno rješenje dioda: korištenje MOSFET+kontrolera, jedinična cijena
1.5−
3.0, ali poboljšanje efikasnosti sistema može nadoknaditi povećanje troškova
2. Trošak cijelog životnog ciklusa
Uzmimo za primjer fotonaponsku elektranu od 100 kW:

Obična dioda: godišnja potrošnja energije
1200, troškovi održavanja
pet stotina
Schottky dioda: godišnja potrošnja energije
480, troškovi održavanja
dvije stotine
5-godišnji ukupni trošak: običan plan
8500vs Schottky shema
tri hiljade i četiri stotine
3. Matrica odluke o izboru
Parametar obična dioda Schottky dioda idealna diodna shema
Radni napon<60V 40-200V 40-1000V
Radna struja<10A>10A>30A
Zahtjev efikasnosti<95% 95-98%>98%
Temperaturni opseg -40 stepeni do 150 stepeni -40 stepeni do 125 stepeni -40 stepeni do 105 stepeni
Osetljivost na troškove je visoka, srednja i niska