Como escolher diodos Schottky em sistemas de armazenamento de energia para reduzir perdas?

1, Análise do mecanismo de perda: a raiz das vantagens da eficiência energética dos diodos Schottky
A perda de energia dos sistemas de armazenamento de energia vem principalmente de três caminhos: perda de condução, perda de comutação e perda de recuperação reversa. Os diodos Schottky alcançaram uma superação abrangente dos diodos de junção PN tradicionais através da inovação de materiais e design estrutural.

Controle de perda de condução
Os diodos Schottky usam junções semicondutoras metálicas (barreiras Schottky) em vez de junções PN, e sua queda de tensão direta (Vf) é geralmente 0,2-0,5V, que é mais de 50% menor que a dos diodos de silício comuns (0,7-1,0V). Tomando como exemplo a corrente de 100A, a perda de condução dos diodos comuns é de 70W, enquanto os diodos Schottky são de apenas 20-50W. No sistema de gerenciamento de bateria do BYD Han EV, o uso de diodos Schottky de baixo Vf melhora a eficiência geral do sistema em 1,2% e aumenta o alcance em 3-5 quilômetros.
Otimização de perdas de comutação
Os diodos Schottky não têm efeito de armazenamento de portadora minoritária e o tempo de recuperação reversa (Trr) pode ser reduzido para 10-100ns, o que é três ordens de magnitude menor que os diodos comuns (nível de microssegundos). No conversor de frequência Siemens SINAMICS G120, a aplicação de diodos Schottky aumenta a frequência de chaveamento de 20kHz para 100kHz, reduz as perdas de chaveamento em 60% e aumenta a densidade de potência do sistema em 40%.
Gerenciamento de corrente de fuga reversa
Embora a corrente de fuga reversa (Ir) dos diodos Schottky seja maior do que a dos diodos comuns, a otimização do material (como o uso de wafers epitaxiais baseados em silício e processos de camada de contato de metal nobre) pode controlar Ir em microamperes em altas temperaturas. O modelo 1N5819WS da Heketai Electronics possui Ir de apenas 5 μA a 125 graus, atendendo aos rígidos requisitos de sistemas de armazenamento de energia para consumo de energia estática.
2, Correspondência de parâmetros-chave: metodologia de seleção da teoria à engenharia
Os cenários de aplicação de sistemas de armazenamento de energia requerem parâmetros diversificados para diodos Schottky, e uma matriz de seleção precisa ser estabelecida a partir de quatro dimensões: tensão, corrente, frequência e temperatura.

Correspondência de parâmetros de tensão
Resistência de tensão reversa (VRRM): Deve ser 1,2-1,5 vezes maior que a tensão máxima do sistema. Por exemplo, em um sistema de armazenamento de energia de 48V, se for usado um conjunto de baterias de 12 strings (tensão máxima de 54V), um modelo com VRRM maior ou igual a 80V deverá ser selecionado (como o Semiconductor SMBJ75A).
Tensão de recuperação reversa (VRM): Em aplicações de pulso, o impacto dos picos de tensão no dispositivo precisa ser considerado. Tesla Solar Roof usa diodos Schottky de carboneto de silício com VRM de 600V, que podem suportar sobretensões transitórias, como quedas de raios.
Correspondência de parâmetro atual
Corrente média (IF): Precisa cobrir 1,5 vezes a corrente máxima de operação do sistema. No inversor SG3125HV da Sunac Power, diodos Schottky com IF=50A são usados ​​para atender aos requisitos de operação em plena carga de um sistema de 100kW.
Corrente de surto (IFSM): Precisa suportar correntes transitórias durante os processos de carga e descarga da bateria. O modelo MBR1045CT da Heketai Electronics pode suportar uma corrente de surto de 100A e é adequado para iniciar cenários de choque de veículos elétricos OBC (carregador-de bordo).
Correspondência de parâmetros de frequência
Frequência máxima de operação (fM): Precisa corresponder à frequência de comutação da fonte de alimentação chaveada. No inversor Huawei SUN2000, um diodo Schottky com fM=1MHz é usado para atingir 99% de eficiência de rastreamento MPPT.
Capacitância de junção (Cj): Cj baixo pode reduzir perdas de carga e descarga durante comutação de alta-frequência. O modelo Cj RB521D1-30-Q1 da Anbang Electronics tem apenas 2pF e é adequado para aplicações de RF (radiofrequência).
Correspondência de parâmetros de temperatura
Faixa de temperatura de trabalho: É necessário cobrir as temperaturas ambientais extremas do sistema de armazenamento de energia. O produto embalado DFN1006 da Heketai Electronics pode operar de forma estável na faixa de -40 graus a 125 graus, com desvio de tensão controlado dentro de ± 0,05%/grau, atendendo aos requisitos de estabilidade da fonte de alimentação do ADAS (Advanced Driver Assistance Systems).
Resistência térmica (R θ JA): Embalagem de baixa resistência térmica pode melhorar a eficiência de dissipação de calor. A resistência térmica do pacote TO-220 é de 15 graus /W, enquanto o pacote DFN1006 pode reduzi-la para 5 graus /W, reduzindo significativamente o aumento da temperatura do dispositivo.
3, Adaptação do cenário de aplicação: prática de seleção do geral ao personalizado
Os diversificados cenários de aplicação de sistemas de armazenamento de energia exigem requisitos diferenciados para diodos Schottky, e a seleção customizada precisa ser feita com base em cenários específicos.

Sistema de gerenciamento de bateria (BMS)
Proteção anti-carregamento reverso: Selecione modelos com baixo Vf e alto IFSM. A fechadura inteligente Deshmann adota o diodo Schottky da série BAT54 (Vf=0.3V, IFSM=30A), que atinge 99,99% de confiabilidade de carregamento anti-reverso em um ambiente de -40 graus ~85 graus.
Controle balanceado: Selecione modelos com baixo Ir e alto VRRM. O sistema de armazenamento de energia Ningde Times adota o modelo SD101AW (Ir=0.2 μ A, VRRM=1000V) para obter controle equilibrado de nível de milivolts entre as baterias.
Conversor CC-CC
Retificação síncrona: É necessário escolher um modelo com baixo Vf e baixo R θ JA. O inversor Sunshine Power SG3125HV adota diodos Schottky embalados em SOD-123 (Vf=0.25V, R θ JA=30 grau /W), com uma eficiência de conversão de 98,7%.
Tecnologia de comutação suave: modelos de baixo Qrr (carga de recuperação reversa) precisam ser selecionados. O modelo Qrr MBR20100CT da Heketai Electronics tem apenas 5nC e é adequado para circuitos ZVS (comutação de tensão zero), reduzindo as perdas de comutação em 70%.
Inversor fotovoltaico
Rastreamento MPPT: Selecione modelos com alto fM e baixo Cj. O inversor Huawei SUN2000 usa diodos Schottky embalados em SMA (fM=1MHz, Cj=5pF) para obter uma resposta rápida de nível de 0,1ms.
Proteção de ilha: Modelos de alto VRRM e baixo Ir precisam ser selecionados. Tesla Solar Roof usa diodos Schottky de carboneto de silício (VRRM=600V, Ir=1 μ A) para cortar a corrente reversa em 0,1 segundos em caso de falhas na rede.