Qual é a diferença entre diodos comuns e diodos Schottky usados ​​em sistemas fotovoltaicos?

一, A diferença essencial entre estrutura física e princípio de funcionamento
1. Diodo comum: mecanismo de recombinação de portadora da junção PN
Os diodos comuns são baseados na estrutura de junção PN formada por semicondutores do tipo P-e do tipo N-, e seu mecanismo de condução depende da injeção e recombinação de portadoras minoritárias. Quando polarizados diretamente, os buracos na região P recombinam-se com os elétrons na região N na camada de depleção para formar uma corrente; Quando polarizado inversamente, a largura da camada de depleção aumenta para formar um estado de alta resistência. Esta estrutura resulta nas seguintes características dos diodos comuns:

Alta queda de tensão direta: o valor típico para diodos à base de silício-é de 0,6 a 0,7 V, enquanto para diodos à base de germânio é de cerca de 0,2 a 0,3 V
Longo tempo de recuperação reversa: a recombinação da portadora leva microssegundos, resultando em perdas de comutação
Forte estabilidade de temperatura: O coeficiente de temperatura negativo característico da junção PN torna seu desempenho estável na faixa de -40 graus a 150 graus
2. Diodo Schottky: transporte de portadores majoritários em barreira de semicondutores metálicos
Os diodos Schottky adotam uma estrutura de barreira Schottky formada por metais (como alumínio e titânio) e semicondutores (silício ou carboneto de silício), e seu mecanismo de condução é baseado no efeito de emissão termiônica de portadores majoritários (elétrons). Quando polarizados diretamente, os elétrons cruzam a barreira de potencial para formar uma corrente; Quando polarizado reversamente, apenas alguns portadores de carga geram corrente de fuga de microamperes. Esta estrutura oferece vantagens únicas:

Redução de pressão positiva: valor típico 0,15-0,4V, à base de carboneto de silício pode ser inferior a 1V
Curto tempo de recuperação reversa: resposta em nível de nanossegundos, sem efeito de armazenamento de portadora
Capacitância de junção pequena: excelentes características de alta-frequência, adequadas para aplicações de comutação de nível de MHz
2, Comparação quantitativa do desempenho elétrico
1. Perda de condutividade e melhoria de eficiência
Nos inversores fotovoltaicos, a perda de condução dos diodos afeta diretamente a eficiência do sistema. Tomando como exemplo a corrente de saída de 20A:

Diodo de silício comum (VF=0.7V): Perda=20A × 0,7V=14W
Diodo Schottky (VF=0.3V): Perda=20A × 0,3V=6W
A eficiência aumentou 57% e o tamanho do radiador pode ser reduzido em 40%. Em inversores string, o uso de diodos Schottky pode aumentar a geração anual de energia em 2 a 3%.
2. Características do switch e aplicações de{1}alta frequência
No processo de conversão CC-CC, o tempo de recuperação reversa dos diodos Schottky (<10ns) is reduced by two orders of magnitude compared to ordinary diodes (>1μs). Isso faz com que:

Implementando Comutação de Tensão Zero (ZVS) em Circuito de Retificação Síncrona
Reduza a interferência de ruído EMI
Aumente a frequência de comutação para o nível MHz e reduza o volume dos componentes magnéticos
3. Corrente de fuga reversa e risco de fuga térmica
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), a corrente de fuga aumenta exponencialmente, o que pode causar:

O aumento de temperatura da caixa de junção excede 150 graus, causando envelhecimento do material
Desvio térmico do diodo de bypass, queimando componentes
A eficiência da geração de energia diminui em 0,5-1%/grau
3, Adaptação técnica para cenários de aplicação típicos
1. Ignorar cenário de proteção
Nos módulos fotovoltaicos, os diodos de bypass devem atender aos seguintes requisitos:

Resposta rápida: Quando o componente está obstruído, a resposta em nanossegundos do diodo Schottky pode desviar imediatamente a corrente, evitando a formação de pontos quentes
Baixo consumo de energia: Tomando como exemplo um componente de 300 W, a perda de condução dos diodos Schottky é reduzida em 80% em comparação com os diodos comuns, e a temperatura da caixa de junção cai 50 graus
Desafio de confiabilidade: É necessário passar no teste de escape térmico IEC62979 para garantir que o calor gerado pela corrente de fuga reversa possa ser dissipado em tempo hábil em um ambiente de 90 graus
2. Cenário de retificação do inversor
Em inversores string, os diodos Schottky são usados ​​para:

Anti-refluxo de entrada: evita que os componentes forneçam energia à rede durante a noite
Continuação do Circuito Boost: Conversão Eficiente de Energia com MOSFET
Retificação de saída: substituição dos tradicionais diodos de recuperação rápida em uma topologia sem transformador, aumentando a eficiência em 1,5-2%
3. Cenário de otimizador inteligente
Em otimizadores DC-DC, os diodos Schottky funcionam em conjunto com MOSFETs:

Queda de tensão de baixa condução: Na corrente de 30A, uma combinação de MOSFET de 2m Ω e diodo Schottky pode ser usada para controlar a temperatura da junção dentro de 125 graus
Otimização de volume: Comparado com vários diodos Schottky conectados em paralelo, o esquema MOSFET reduz a área da PCB em 30%
Equilíbrio de custos: embora o custo de um único tubo aumente em 20%, o custo da lista técnica no nível do sistema diminui em 15%
4, Custo-benefício e estratégia de seleção
1. Comparação do investimento inicial
Diodo comum: preço unitário
0.05−
0,2, adequado para baixa tensão (<60V) and low current (<10A) scenarios
Diodo Schottky: preço unitário
0.2−
1.0, suitable for medium to high voltage (40-200V) and high current (>10A) cenários
Solução ideal de diodo: usando controlador MOSFET+, preço unitário
1.5−
3.0, mas a melhoria na eficiência do sistema pode compensar o aumento de custos
2. Custo total do ciclo de vida
Tomando como exemplo uma central fotovoltaica de 100kW:

Diodo comum: consumo anual de energia
1200, custo de manutenção
quinhentos
Diodo Schottky: consumo anual de energia
480, custo de manutenção
duzentos
Custo total de 5 anos: plano normal
Esquema Schottky 8500vs
três mil e quatrocentos
3. Matriz de decisão de seleção
Parâmetro diodo comum diodo Schottky esquema de diodo ideal
Tensão de trabalho<60V 40-200V 40-1000V
Corrente de trabalho<10A>10A>30A
Requisito de eficiência<95% 95-98%>98%
Faixa de temperatura -40 graus a 150 graus -40 graus a 125 graus -40 graus a 105 graus
A sensibilidade ao custo é alta, média e baixa