Vad är skillnaden mellan vanliga dioder och Schottky-dioder som används i solcellssystem?

一, Den väsentliga skillnaden mellan fysisk struktur och arbetsprincip
1. Vanlig diod: bärvågsrekombinationsmekanism för PN-övergång
Vanliga dioder är baserade på PN-övergångsstrukturen som bildas av halvledare av P-typ och N-typ, och deras ledningsmekanism är beroende av insprutning och rekombination av minoritetsbärare. När de är framåtspända, rekombinerar hål i P-regionen med elektroner i N-regionen i utarmningsskiktet för att bilda en ström; När det förspänns omvänt ökar utarmningsskiktets bredd för att bilda ett högresistanstillstånd. Denna struktur resulterar i följande egenskaper hos vanliga dioder:

Högt framåtspänningsfall: Det typiska värdet för-kiselbaserade dioder är 0,6-0,7V, medan det för germaniumbaserade dioder är cirka 0,2-0,3V
Lång omvänd återhämtningstid: Bärvågsrekombination tar mikrosekunder, vilket resulterar i switchförluster
Stark temperaturstabilitet: Den negativa temperaturkoefficienten som är karakteristisk för PN-övergången gör dess prestanda stabil i intervallet -40 grader till 150 grader
2. Schottky-diod: majoritetsbärartransport i metallhalvledarbarriär
Schottky-dioder antar en Schottky-barriärstruktur som bildas av metaller (som aluminium och titan) och halvledare (kisel eller kiselkarbid), och deras ledningsmekanism är baserad på den termioniska emissionseffekten av majoritetsbärare (elektroner). När de är framåtspända passerar elektroner potentialbarriären för att bilda en ström; När den är bakåtförspänd genererar endast ett fåtal laddningsbärare mikroampere läckström. Denna struktur ger den unika fördelar:

Positiv tryckreduktion: typiskt värde 0,15-0,4V, kiselkarbidbaserad kan vara lägre än 1V
Kort omvänd återhämtningstid: respons på nanosekundnivå, ingen bärarlagringseffekt
Liten korsningskapacitans: utmärkta-högfrekvensegenskaper, lämplig för MHz-nivåväxlingsapplikationer
2, Kvantitativ jämförelse av elektrisk prestanda
1. Konduktivitetsförlust och effektivitetsförbättring
I fotovoltaiska växelriktare påverkar ledningsförlusten av dioder direkt systemets effektivitet. Med 20A utström som exempel:

Vanlig kiseldiod (VF=0.7V): Förlust=20A × 0,7V=14W
Schottky-diod (VF=0.3V): Förlust=20A × 0,3V=6W
Verkningsgraden har ökat med 57 %, och storleken på radiatorn kan minskas med 40 %. I strängväxelriktare kan användningen av Schottky-dioder öka den årliga kraftgenereringen med 2-3 %.
2. Växlingsegenskaper och hög-applikationer
I DC-DC-konverteringsprocessen, den omvända återställningstiden för Schottky-dioder (<10ns) is reduced by two orders of magnitude compared to ordinary diodes (>1 μs). Detta gör det:

Implementering av nollspänningsomkoppling (ZVS) i Synchronous Rectification Circuit
Minska EMI-brusstörningar
Öka omkopplingsfrekvensen till MHz-nivå och minska volymen av magnetiska komponenter
3. Omvänd läckström och risk för termisk rusning
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 grader), ökar läckströmmen exponentiellt, vilket kan orsaka:

Temperaturökningen i kopplingsdosan överstiger 150 grader, vilket orsakar materialets åldrande
Bypass diod termisk runaway, brinnande komponenter
Effektiviteten för elproduktion minskar med 0,5-1 %/grad
3, Teknisk anpassning för typiska tillämpningsscenarier
1. Förbikopplingsskyddsscenario
I solcellsmoduler måste bypass-dioder uppfylla följande krav:

Snabbt svar: När komponenten är blockerad kan nanosekundsvaret från Schottky-dioden omedelbart avleda ström, vilket förhindrar bildandet av hot spots
Låg strömförbrukning: Med en komponent på 300W som ett exempel, reduceras ledningsförlusten för Schottky-dioder med 80 % jämfört med vanliga dioder, och kopplingsdosans temperatur sjunker med 50 grader
Tillförlitlighetsutmaning: Det är nödvändigt att klara IEC62979 termiska flykttestet för att säkerställa att värmen som genereras av omvänd läckström kan avledas i tid i en 90 graders miljö
2. Scenario för korrigering av växelriktare
I strängväxelriktare används Schottky-dioder för:

Ingångsskydd mot återflöde: förhindrar komponenter från att mata ström till nätet på natten
Boost Circuit Continuation: Effektiv energiomvandling med MOSFET
Utgångslikriktning: ersätter traditionella snabbåterställningsdioder i en transformatorlös topologi, vilket ökar effektiviteten med 1,5-2 %
3. Intelligent optimeringsscenario
I DC-DC-optimerare fungerar Schottky-dioder tillsammans med MOSFET:er:

Lågt ledningsspänningsfall: Vid 30A ström kan en kombination av 2m Ω MOSFET och Schottky-diod användas för att kontrollera kopplingstemperaturen inom 125 grader
Volymoptimering: Jämfört med flera parallellkopplade Schottky-dioder reducerar MOSFET-schemat PCB-arean med 30 %
Kostnadsbalans: Även om kostnaden för ett enstaka rör ökar med 20 %, minskar kostnaden för stycklista på systemnivå med 15 %
4, Kostnadseffektivitet och urvalsstrategi
1. Inledande investeringsjämförelse
Vanlig diod: enhetspris
0.05−
0,2, lämplig för lågspänning (<60V) and low current (<10A) scenarios
Schottky-diod: enhetspris
0.2−
1.0, suitable for medium to high voltage (40-200V) and high current (>10A) scenarier
Idealisk diodlösning: använder MOSFET+kontroller, enhetspris
1.5−
3.0, men förbättringen av systemeffektiviteten kan kompensera kostnadsökningen
2. Hel livscykelkostnad
Ta ett 100kW solcellskraftverk som exempel:

Vanlig diod: årlig strömförbrukning
1200,-, underhållskostnad
femhundra
Schottky-diod: årlig strömförbrukning
480, underhållskostnad
tvåhundra
5-års totalkostnad: ordinarie plan
8500vs Schottky-schema
tre tusen och fyra hundra
3. Urvalsbeslutsmatris
Parameter vanlig diod Schottky-diod ideal diodschema
Arbetsspänning<60V 40-200V 40-1000V
Arbetsström<10A>10A>30A
Effektivitetskrav<95% 95-98%>98%
Temperaturområde -40 grader till 150 grader -40 grader till 125 grader -40 grader till 105 grader
Kostnadskänsligheten är hög, medium och låg