Com triar els díodes Schottky als sistemes d'emmagatzematge d'energia per reduir les pèrdues?

1, Anàlisi del mecanisme de pèrdua: l'arrel dels avantatges d'eficiència energètica dels díodes Schottky
La pèrdua d'energia dels sistemes d'emmagatzematge d'energia prové principalment de tres vies: pèrdua de conducció, pèrdua de commutació i pèrdua de recuperació inversa. Els díodes Schottky han aconseguit una superació completa dels díodes d'unió PN tradicionals mitjançant la innovació de materials i el disseny estructural.

Control de la pèrdua de conducció
Els díodes Schottky utilitzen unions de semiconductors metàl·lics (barreres Schottky) en lloc de les unions PN, i la seva caiguda de tensió directa (Vf) sol ser de 0,2-0,5 V, que és més d'un 50% inferior a la dels díodes de silici ordinaris (0,7-1,0 V). Prenent com a exemple un corrent de 100 A, la pèrdua de conducció dels díodes ordinaris és de 70 W, mentre que els díodes Schottky només són de 20-50 W. Al sistema de gestió de bateries de BYD Han EV, l'ús de díodes Schottky de baix Vf millora l'eficiència global del sistema en un 1,2% i augmenta l'autonomia entre 3 i 5 quilòmetres.
Optimització de pèrdues de commutació
Els díodes Schottky no tenen efecte d'emmagatzematge de portadors minoritaris, i el temps de recuperació inversa (Trr) es pot escurçar a 10-100 ns, que és tres ordres de magnitud inferior als díodes ordinaris (nivell de microsegons). Al convertidor de freqüència Siemens SINAMICS G120, l'aplicació de díodes Schottky augmenta la freqüència de commutació de 20 kHz a 100 kHz, redueix les pèrdues de commutació en un 60% i augmenta la densitat de potència del sistema en un 40%.
Gestió inversa del corrent de fuga
Tot i que el corrent de fuga inversa (Ir) dels díodes Schottky és superior al dels díodes ordinaris, l'optimització del material (com ara l'ús de hòsties epitaxials basades en silici- i processos de capa de contacte de metalls nobles) pot controlar Ir a microamperes a altes temperatures. El model 1N5819WS de Heketai Electronics té un Ir de només 5 μA a 125 graus, complint els estrictes requisits dels sistemes d'emmagatzematge d'energia per al consum d'energia estàtica.
2, Concordança de paràmetres clau: metodologia de selecció des de la teoria fins a l'enginyeria
Els escenaris d'aplicació dels sistemes d'emmagatzematge d'energia requereixen paràmetres diversificats per als díodes Schottky, i cal establir una matriu de selecció a partir de quatre dimensions: tensió, corrent, freqüència i temperatura.

Concordança de paràmetres de tensió
Resistència de tensió inversa (VRRM): hauria de ser 1,2-1,5 vegades superior a la tensió màxima del sistema. Per exemple, en un sistema d'emmagatzematge d'energia de 48 V, si s'utilitza un paquet de bateries de 12 cordes (tensió màxima 54 V), s'ha de seleccionar un model amb VRRM superior o igual a 80 V (com ara el Semiconductor SMBJ75A).
Voltatge de recuperació inversa (VRM): a les aplicacions de pols, cal tenir en compte l'impacte dels pics de tensió en el dispositiu. Tesla Solar Roof utilitza díodes Schottky de carbur de silici amb un VRM de 600 V, que poden suportar sobretensions transitòries com els llamps.
Concordança de paràmetres actuals
Intensitat mitjana (IF): Necessita cobrir 1,5 vegades el corrent màxim de funcionament del sistema. A l'inversor SG3125HV de Sunac Power, s'utilitzen díodes Schottky amb IF=50A per complir els requisits de funcionament a plena càrrega d'un sistema de 100 kW.
Corrent de sobretensió (IFSM): ha de suportar corrents transitoris durant els processos de càrrega i descàrrega de la bateria. El model MBR1045CT de Heketai Electronics pot suportar un corrent de sobretensió de 100 A i és adequat per iniciar escenaris de descàrrega de vehicles elèctrics OBC (-carregador a bord).
Concordança de paràmetres de freqüència
Freqüència de funcionament màxima (fM): ha de coincidir amb la freqüència de commutació de la font d'alimentació de commutació. A l'inversor Huawei SUN2000, s'utilitza un díode Schottky amb fM=1MHz per aconseguir un 99% d'eficiència de seguiment MPPT.
Capacitat de la unió (Cj): Cj baixa pot reduir les pèrdues de càrrega i descàrrega durant la commutació d'alta-freqüència. El model RB521D1-30-Q1 Cj d'Anbang Electronics només té 2pF i és adequat per a aplicacions de RF (radiofreqüència).
Concordança de paràmetres de temperatura
Interval de temperatura de treball: Cal cobrir les temperatures ambientals extremes del sistema d'emmagatzematge d'energia. El producte envasat DFN1006 de Heketai Electronics pot funcionar de manera estable dins del rang de -40 graus a 125 graus, amb una deriva de tensió controlada dins de ± 0,05% / grau, complint els requisits d'estabilitat de la font d'alimentació d'ADAS (Sistemes d'assistència al conductor avançats).
Resistència tèrmica (R θ JA): l'embalatge de baixa resistència tèrmica pot millorar l'eficiència de dissipació de calor. La resistència tèrmica del paquet TO-220 és de 15 graus /W, mentre que el paquet DFN1006 pot reduir-lo a 5 graus /W, reduint significativament l'augment de la temperatura del dispositiu.
3, Adaptació a l'escenari d'aplicació: pràctica de selecció de general a personalitzada
Els escenaris d'aplicació diversificats dels sistemes d'emmagatzematge d'energia requereixen requisits diferenciats per als díodes Schottky i s'ha de fer una selecció personalitzada en funció d'escenaris específics.

Sistema de gestió de bateries (BMS)
Protecció contra la càrrega inversa: Seleccioneu models amb Vf baix i IFSM alt. El pany intel·ligent de la porta de Deshmann adopta el díode Schottky de la sèrie BAT54 (Vf=0.3V, IFSM=30A), que aconsegueix un 99,99% de fiabilitat contra la càrrega inversa en un entorn de -40 graus ~ 85 graus.
Control equilibrat: seleccioneu models amb Ir baix i VRRM alt. El sistema d'emmagatzematge d'energia de Ningde Times adopta el model SD101AW (Ir=0.2 μ A, VRRM=1000V) per aconseguir un control equilibrat del nivell de mil·livolts entre els paquets de bateries.
DC-Convertidor DC
Rectificació síncrona: Cal escollir un model amb Vf baix i R θ JA baix. L'inversor Sunshine Power SG3125HV adopta díodes Schottky empaquetats en SOD-123 (Vf=0.25V, R θ JA=30 grau /W), amb una eficiència de conversió del 98,7%.
Tecnologia de commutació suau: cal seleccionar els models Qrr (càrrega de recuperació inversa). El model Qrr MBR20100CT de Heketai Electronics només té 5nC i és adequat per a circuits ZVS (commutat de voltatge zero), reduint les pèrdues de commutació en un 70%.
inversor fotovoltaic
Seguiment MPPT: seleccioneu models amb fM alt i Cj baix. L'inversor Huawei SUN2000 utilitza díodes Schottky empaquetats en SMA (fM=1MHz, Cj=5pF) per aconseguir una resposta ràpida de nivell de 0,1 ms.
Protecció de l'illa: cal seleccionar els models VRRM alt i baix Ir. Tesla Solar Roof utilitza díodes Schottky de carbur de silici (VRRM=600V, Ir{=1 μ A) per tallar el corrent invers en 0,1 segons en cas d'avaria de la xarxa.