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

一, Bitna razlika između fizičke strukture i principa rada
1. Obična dioda: mehanizam rekombinacije nositelja PN spoja
Uobičajene diode temelje se na strukturi PN spoja koju tvore poluvodiči tipa P- i N-, a njihov mehanizam provođenja oslanja se na ubrizgavanje i rekombinaciju manjinskih nositelja. Kada su usmjerene prema naprijed, rupe u P regiji rekombiniraju se s elektronima u N regiji u osiromašenom sloju kako bi formirale struju; Kada se radi obrnuto, širina osiromašenog sloja se povećava kako bi se formiralo stanje visokog otpora. Ova struktura rezultira sljedećim karakteristikama običnih dioda:

Veliki pad napona prema naprijed: tipična vrijednost za diode na bazi silicija-je 0,6-0,7V, dok je za diode na bazi germanija oko 0,2-0,3V
Dugo vrijeme povratnog oporavka: rekombinacija nositelja traje mikrosekunde, što rezultira gubicima na prekidaču
Jaka temperaturna stabilnost: negativan temperaturni koeficijent karakterističan za PN spoj čini njegovu izvedbu stabilnom u rasponu od -40 stupnjeva do 150 stupnjeva
2. Schottky dioda: prijenos većinskog nositelja u metalnoj poluvodičkoj barijeri
Schottky diode usvajaju strukturu Schottky barijere koju čine metali (kao što su aluminij i titan) i poluvodiči (silicij ili silicij karbid), a njihov mehanizam provođenja temelji se na učinku termionske emisije većinskih nositelja (elektrona). Kada su usmjereni prema naprijed, elektroni prelaze potencijalnu barijeru i stvaraju struju; Kada je obrnuto prednapon, samo nekoliko nositelja naboja stvara mikroampersku struju curenja. Ova struktura daje jedinstvene prednosti:

Smanjenje pozitivnog tlaka: tipična vrijednost 0,15-0,4 V, na bazi silicijevog karbida može biti niži od 1 V
Kratko obrnuto vrijeme oporavka: odgovor razine nanosekunde, nema učinka pohrane nosača
Mali kapacitet spoja: izvrsne visoko-frekventne karakteristike, prikladne za aplikacije sklopke razine MHz
2, Kvantitativna usporedba električnih performansi
1. Gubitak vodljivosti i poboljšanje učinkovitosti
U fotonaponskim pretvaračima gubitak vodljivosti dioda izravno utječe na učinkovitost sustava. Uzimajući izlaznu struju od 20 A kao primjer:

Obična silicijska dioda (VF=0.7V): gubitak=20A × 0,7V=14W
Schottky dioda (VF=0.3V): gubitak=20A × 0,3 V=6W
Učinkovitost je povećana za 57%, a veličina radijatora može se smanjiti za 40%. U string inverterima, korištenje Schottky dioda može povećati godišnju proizvodnju električne energije za 2-3%.
2. Karakteristike prekidača i visoko-frekventne aplikacije
U procesu DC-DC pretvorbe, obrnuto vrijeme oporavka Schottky dioda (<10ns) is reduced by two orders of magnitude compared to ordinary diodes (>1 μ s). Ovo ga čini:

Implementacija sklopke nultog napona (ZVS) u sinkronom ispravljačkom krugu
Smanjite smetnje EMI buke
Povećajte frekvenciju prebacivanja na razinu MHz i smanjite glasnoću magnetskih komponenti
3. Reverzna struja curenja i opasnost od toplinskog odlaska
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 stupnjeva), struja curenja raste eksponencijalno, što može uzrokovati:

Porast temperature razvodne kutije prelazi 150 stupnjeva, uzrokujući starenje materijala
Premosna dioda toplinskog odlaska, gorenje komponenti
Učinkovitost proizvodnje električne energije smanjuje se za 0,5-1%/ stupanj
3, Tehnička prilagodba za tipične scenarije primjene
1. Scenarij zaštite premosnice
U fotonaponskim modulima, premosne diode moraju ispunjavati sljedeće zahtjeve:

Brzi odziv: kada je komponenta začepljena, nanosekundni odziv Schottky diode može odmah preusmjeriti struju, sprječavajući stvaranje vrućih točaka
Niska potrošnja energije: Uzimajući komponentu od 300 W kao primjer, gubitak vodljivosti Schottky dioda smanjen je za 80% u usporedbi s običnim diodama, a temperatura razvodne kutije pada za 50 stupnjeva
Izazov pouzdanosti: potrebno je proći IEC62979 test toplinske izolacije kako bi se osiguralo da se toplina koju stvara obrnuta struja curenja može pravovremeno raspršiti u okruženju od 90 stupnjeva
2. Scenarij ispravljanja pretvarača
U string inverterima, Schottky diode se koriste za:

Ulazna zaštita od povratnog toka: spriječite komponente da napajaju mrežu noću
Nastavak kruga pojačanja: Učinkovita pretvorba energije s MOSFET-om
Ispravljanje izlaza: zamjena tradicionalnih dioda za brzi oporavak u topologiji bez transformatora, povećanje učinkovitosti za 1,5-2%
3. Scenarij inteligentnog optimizatora
U DC-DC optimizatorima, Schottky diode rade zajedno s MOSFET-ovima:

Nizak pad napona vodljivosti: Pri struji od 30 A, kombinacija MOSFET-a od 2 m Ω i Schottky diode može se koristiti za kontrolu temperature spoja unutar 125 stupnjeva
Optimizacija glasnoće: U usporedbi s višestrukim paralelno spojenim Schottky diodama, MOSFET shema smanjuje površinu PCB-a za 30%
Bilanca troškova: Iako se cijena jedne cijevi povećava za 20%, trošak BOM-a na razini sustava smanjuje se za 15%
4, Isplativost i strategija odabira
1. Usporedba početnog 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 diodno rješenje: korištenje MOSFET+kontrolera, jedinična cijena
1.5−
3.0, ali poboljšanje učinkovitosti sustava može nadoknaditi povećanje troškova
2. Trošak cijelog životnog ciklusa
Uzimajući za primjer fotonaponsku elektranu od 100kW:

Obična dioda: godišnja potrošnja energije
1200, troškovi održavanja
pet stotina
Schottky dioda: godišnja potrošnja energije
480, trošak održavanja
dvije stotine
5-godišnji ukupni trošak: obični plan
8500v Schottkyjeva shema
tri tisuće i četiri stotine
3. Matrica odluke o odabiru
Parametar obična dioda Schottky dioda shema idealne diode
Radni napon<60V 40-200V 40-1000V
Radna struja<10A>10A>30A
Zahtjev za učinkovitost<95% 95-98%>98%
Raspon temperature -40 stupnjeva do 150 stupnjeva -40 stupnjeva do 125 stupnjeva -40 stupnjeva do 105 stupnjeva
Troškovna osjetljivost je visoka, srednja i niska