Quina diferència hi ha entre els díodes ordinaris i els díodes Schottky utilitzats en sistemes fotovoltaics?

一, La diferència essencial entre l'estructura física i el principi de funcionament
1. Díode ordinari: mecanisme de recombinació de portadors de la unió PN
Els díodes ordinaris es basen en l'estructura d'unió PN formada per semiconductors de tipus P{0}}i tipus N-, i el seu mecanisme de conducció es basa en la injecció i recombinació de portadors minoritaris. Quan estan esbiaixats cap endavant, els forats de la regió P es recombinen amb els electrons de la regió N de la capa d'esgotament per formar un corrent; Quan es polaritza a la inversa, l'amplada de la capa d'esgotament augmenta per formar un estat d'alta resistència. Aquesta estructura dóna lloc a les següents característiques dels díodes ordinaris:

Alta caiguda de tensió directa: el valor típic dels díodes basats en silici{0} és de 0,6-0,7 V, mentre que per als díodes basats en germani és d'uns 0,2-0,3 V.
Temps llarg de recuperació inversa: la recombinació del portador triga microsegons, donant lloc a pèrdues de commutació
Forta estabilitat de temperatura: el coeficient de temperatura negatiu característic de la unió PN fa que el seu rendiment sigui estable en el rang de -40 graus a 150 graus
2. Díode Schottky: transport de portadors majoritaris en barrera metàl·lica de semiconductors
Els díodes Schottky adopten una estructura de barrera Schottky formada per metalls (com l'alumini i titani) i semiconductors (silici o carbur de silici), i el seu mecanisme de conducció es basa en l'efecte d'emissió termoiònica dels portadors majoritaris (electrons). Quan estan esbiaixats cap endavant, els electrons creuen la barrera de potencial per formar un corrent; Quan es polaritzen inversament, només uns pocs portadors de càrrega generen corrent de fuga de microamperes. Aquesta estructura li dóna avantatges únics:

Reducció de pressió positiva: valor típic 0,15-0,4 V, a base de carbur de silici pot ser inferior a 1 V
Temps curt de recuperació inversa: resposta a nivell de nanosegons, sense efecte d'emmagatzematge del portador
Capacitat d'unió petita: excel·lents característiques-d'alta freqüència, adequades per a aplicacions de commutador de nivell en MHz
2, Comparació quantitativa del rendiment elèctric
1. Pèrdua de conductivitat i millora de l'eficiència
En els inversors fotovoltaics, la pèrdua de conducció dels díodes afecta directament l'eficiència del sistema. Prenent com a exemple un corrent de sortida de 20 A:

Díode de silici ordinari (VF=0.7V): pèrdua=20A × 0,7 V=14W
Díode Schottky (VF=0.3V): pèrdua=20A × 0,3 V=6W
L'eficiència ha augmentat un 57% i la mida del radiador es pot reduir en un 40%. En els inversors de cadena, l'ús de díodes Schottky pot augmentar la generació d'energia anual en un 2-3%.
2. Característiques de canvi i aplicacions d'alta-freqüència
En el procés de conversió DC-DC, el temps de recuperació inversa dels díodes Schottky (<10ns) is reduced by two orders of magnitude compared to ordinary diodes (>1 μ s). Això fa que:

Implementació de la commutació de tensió zero (ZVS) en un circuit de rectificació síncrona
Redueix la interferència de soroll EMI
Augmenteu la freqüència de commutació al nivell de MHz i reduïu el volum dels components magnètics
3. Corrent de fuita inversa i risc de fuga tèrmica
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 graus), el corrent de fuga augmenta exponencialment, cosa que pot provocar:

L'augment de temperatura de la caixa de connexió supera els 150 graus, provocant l'envelliment del material
Embalatge tèrmic del díode de bypass, components en crema
L'eficiència de generació d'energia disminueix un 0,5-1%/grau
3, Adaptació tècnica per a escenaris d'aplicació típics
1. Escenari de protecció de derivació
En els mòduls fotovoltaics, els díodes de bypass han de complir els requisits següents:

Resposta ràpida: quan el component està obstruït, la resposta en nanosegons del díode Schottky pot desviar immediatament el corrent, evitant la formació de punts calents.
Baix consum d'energia: prenent com a exemple un component de 300 W, la pèrdua de conducció dels díodes Schottky es redueix en un 80% en comparació amb els díodes normals i la temperatura de la caixa de connexió baixa 50 graus.
Repte de fiabilitat: és necessari passar la prova d'escapament tèrmic IEC62979 per assegurar-se que la calor generada pel corrent de fuga inversa es pot dissipar de manera oportuna en un entorn de 90 graus.
2. Escenari de rectificació de l'inversor
En els inversors de cadena, els díodes Schottky s'utilitzen per a:

Entrada antiretorn: evita que els components aportin energia a la xarxa a la nit
Continuació del circuit de reforç: conversió eficient d'energia amb MOSFET
Rectificació de sortida: substitució dels díodes de recuperació ràpida tradicionals en una topologia sense transformador, augmentant l'eficiència en un 1,5-2%
3. Escenari d'optimització intel·ligent
En els optimitzadors de CC-CC, els díodes Schottky funcionen conjuntament amb els MOSFET:

Baixa caiguda de tensió de conducció: amb un corrent de 30 A, es pot utilitzar una combinació de MOSFET de 2 m Ω i díode Schottky per controlar la temperatura de la unió dins dels 125 graus.
Optimització del volum: en comparació amb diversos díodes Schottky connectats en paral·lel, l'esquema MOSFET redueix l'àrea de PCB en un 30%
Balanç de costos: tot i que el cost d'un sol tub augmenta un 20%, el cost de la BOM a nivell del sistema disminueix un 15%
4, Rentabilitat i estratègia de selecció
1. Comparació de la inversió inicial
Díode ordinari: preu unitari
0.05−
0,2, adequat per a baixa tensió (<60V) and low current (<10A) scenarios
Díode Schottky: preu unitari
0.2−
1.0, suitable for medium to high voltage (40-200V) and high current (>10A) escenaris
Solució de díode ideal: utilitzant MOSFET + controlador, preu unitari
1.5−
3.0, però la millora de l'eficiència del sistema pot compensar l'augment de costos
2. Cost del cicle de vida complet
Prenent com a exemple una central fotovoltaica de 100 kW:

Díode ordinari: consum d'energia anual
1200, cost de manteniment
cinc-cents
Díode Schottky: consum d'energia anual
480, cost de manteniment
dos-cents
Cost total a 5 anys: pla ordinari
Esquema 8500 vs Schottky
tres mil quatre-cents
3. Matriu de decisió de selecció
Paràmetre díode ordinari díode Schottky esquema de díode ideal
Tensió de treball<60V 40-200V 40-1000V
Corrent de treball<10A>10A>30A
Requisit d'eficiència<95% 95-98%>98%
Interval de temperatura -40 graus a 150 graus -40 graus a 125 graus -40 graus a 105 graus
La sensibilitat al cost és alta, mitjana i baixa