В чем разница между обычными диодами и диодами Шоттки, используемыми в фотоэлектрических системах?

一, Существенная разница между физической конструкцией и принципом работы.
1. Обычный диод: механизм рекомбинации носителей PN-перехода.
Обычные диоды основаны на структуре PN-перехода, образованной полупроводниками типа P- и N-типа, а механизм их проводимости основан на инжекции и рекомбинации неосновных носителей носителей. При прямом смещении дырки в области P рекомбинируют с электронами в области N в обедненном слое, образуя ток; При обратном смещении ширина обедненного слоя увеличивается, образуя состояние с высоким сопротивлением. Такая структура приводит к следующим характеристикам обычных диодов:

Высокое прямое падение напряжения: типичное значение для диодов на основе кремния- составляет 0,6–0,7 В, а для диодов на основе германия — около 0,2–0,3 В.
Длительное время обратного восстановления: рекомбинация несущих занимает микросекунды, что приводит к потерям на переключении.
Высокая температурная стабильность: отрицательный температурный коэффициент, характерный для PN-перехода, делает его работу стабильной в диапазоне от -40 до 150 градусов.
2. Диод Шоттки: транспорт основных носителей в металл-полупроводниковом барьере
Диоды Шоттки имеют структуру барьера Шоттки, образованную металлами (такими как алюминий и титан) и полупроводниками (кремний или карбид кремния), а их механизм проводимости основан на эффекте термоэлектронной эмиссии основных носителей заряда (электронов). При прямом смещении электроны пересекают потенциальный барьер, образуя ток; При обратном смещении лишь несколько носителей заряда генерируют ток утечки в микроамперах. Такая структура дает ему уникальные преимущества:

Снижение положительного давления: типичное значение 0,15–0,4 В, на основе карбида кремния может быть ниже 1 В.
Короткое время обратного восстановления: отклик наносекундного уровня, отсутствие эффекта накопления несущей
Малая емкость перехода: превосходные высокочастотные-характеристики, подходящие для переключателей уровня МГц.
2. Количественное сравнение электрических характеристик.
1. Потеря проводимости и повышение эффективности.
В фотоэлектрических инверторах потери проводимости диодов напрямую влияют на эффективность системы. В качестве примера возьмем выходной ток 20 А:

Обычный кремниевый диод (VF=0.7В): потери=20А × 0,7В=14Вт
Диод Шоттки (VF=0.3В): потери=20А × 0,3В=6Вт
КПД увеличился на 57%, а размер радиатора можно уменьшить на 40%. В струнных инверторах использование диодов Шоттки позволяет увеличить годовую выработку электроэнергии на 2-3%.
2. Характеристики переключателей и высокочастотные-приложения.
В процессе преобразования постоянного тока-постоянного тока время обратного восстановления диодов Шоттки (<10ns) is reduced by two orders of magnitude compared to ordinary diodes (>1 мкс). Это делает это:

Реализация переключения при нулевом напряжении (ZVS) в схеме синхронного выпрямления
Уменьшите шумовые помехи EMI
Увеличьте частоту переключения до уровня МГц и уменьшите объем магнитных компонентов.
3. Обратный ток утечки и риск термического разгона.
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 градусов), ток утечки увеличивается в геометрической прогрессии, что может привести к:

Повышение температуры распределительной коробки превышает 150 градусов, что приводит к старению материала.
Термический разгон байпасного диода, горение компонентов
Эффективность выработки электроэнергии снижается на 0,5-1%/градус.
3. Техническая адаптация для типичных сценариев применения.
1. Сценарий обхода защиты
В фотоэлектрических модулях байпасные диоды должны отвечать следующим требованиям:

Быстрый отклик: когда компонент заблокирован, наносекундный отклик диода Шоттки может немедленно отклонить ток, предотвращая образование горячих точек.
Низкое энергопотребление: если взять в качестве примера компонент мощностью 300 Вт, потери проводимости диодов Шоттки уменьшаются на 80% по сравнению с обычными диодами, а температура распределительной коробки снижается на 50 градусов.
Проблема надежности: необходимо пройти испытание на тепловую защиту IEC62979, чтобы гарантировать, что тепло, выделяемое обратным током утечки, может быть своевременно рассеяно в среде с температурой 90 градусов.
2. Сценарий исправления инвертора
В струнных инверторах диоды Шоттки используются для:

Защита от обратного потока на входе: предотвращает подачу энергии в сеть в ночное время.
Продолжение схемы повышения: эффективное преобразование энергии с помощью MOSFET
Выпрямление выхода: замена традиционных диодов быстрого восстановления в бестрансформаторной топологии, повышение КПД на 1,5-2%
3. Сценарий интеллектуального оптимизатора
В оптимизаторах постоянного тока-постоянного тока диоды Шоттки работают совместно с МОП-транзисторами:

Низкое падение напряжения проводимости: при токе 30 А можно использовать комбинацию полевого МОП-транзистора сопротивлением 2 мОм и диода Шоттки для контроля температуры перехода в пределах 125 градусов.
Оптимизация объема: по сравнению с несколькими диодами Шоттки, подключенными параллельно, схема MOSFET уменьшает площадь печатной платы на 30%.
Баланс затрат: хотя стоимость одной трубки увеличивается на 20 %, стоимость спецификации системного уровня снижается на 15 %.
4. Экономическая эффективность и стратегия выбора
1. Первоначальное сравнение инвестиций
Обычный диод: цена за единицу
0.05−
0,2, подходит для низкого напряжения (<60V) and low current (<10A) scenarios
Диод Шоттки: цена за единицу
0.2−
1.0, suitable for medium to high voltage (40-200V) and high current (>10А) сценарии
Идеальное диодное решение: использование MOSFET+контроллера, цена за единицу
1.5−
3.0, но повышение эффективности системы может компенсировать рост затрат.
2. Стоимость полного жизненного цикла
В качестве примера возьмем фотоэлектрическую электростанцию ​​мощностью 100 кВт:

Обычный диод: годовое энергопотребление
1200, стоимость обслуживания
пятьсот
Диод Шоттки: годовая потребляемая мощность
480, стоимость обслуживания
двести
Общая стоимость за 5 лет: обычный план
8500 против схемы Шоттки
три тысячи четыреста
3. Матрица решений выбора
Параметр обычного диода, диода Шоттки, схема идеального диода
Рабочее напряжение<60V 40-200V 40-1000V
Рабочий ток<10A>10A>30A
Требования к эффективности<95% 95-98%>98%
Диапазон температур от -40 до 150 градусов от -40 до 125 градусов от -40 до 105 градусов
Чувствительность к затратам бывает высокой, средней и низкой.