Wat is het verschil tussen gewone diodes en Schottky-diodes die in fotovoltaïsche systemen worden gebruikt?

一, Het essentiële verschil tussen fysieke structuur en werkingsprincipe
1. Gewone diode: dragerrecombinatiemechanisme van PN-overgang
Gewone diodes zijn gebaseerd op de PN-overgangsstructuur die wordt gevormd door halfgeleiders van het P--type en het N--type, en hun geleidingsmechanisme is afhankelijk van de injectie en recombinatie van minderheidsdraaggolven. Wanneer ze voorwaarts zijn voorgespannen, recombineren gaten in het P-gebied met elektronen in het N-gebied in de uitputtingslaag om een ​​stroom te vormen; Bij omgekeerde voorspanning neemt de breedte van de uitputtingslaag toe om een ​​toestand met hoge weerstand te vormen. Deze structuur resulteert in de volgende kenmerken van gewone diodes:

Hoge doorlaatspanningsval: de typische waarde voor op silicium-gebaseerde diodes is 0,6-0,7V, terwijl deze voor op germanium gebaseerde diodes ongeveer 0,2-0,3V bedraagt
Lange omgekeerde hersteltijd: Carrier-recombinatie duurt microseconden, wat resulteert in schakelverliezen
Sterke temperatuurstabiliteit: de negatieve temperatuurcoëfficiënt die kenmerkend is voor PN-overgangen maakt de prestaties stabiel in het bereik van -40 graden tot 150 graden
2. Schottky-diode: transport van meerderheidsdragers in metalen halfgeleiderbarrière
Schottky-diodes nemen een Schottky-barrièrestructuur aan die wordt gevormd door metalen (zoals aluminium en titanium) en halfgeleiders (silicium of siliciumcarbide), en hun geleidingsmechanisme is gebaseerd op het thermionische emissie-effect van meerderheidsdragers (elektronen). Wanneer ze voorwaarts gericht zijn, passeren elektronen de potentiële barrière om een ​​stroom te vormen; Bij omgekeerde voorspanning genereren slechts enkele ladingsdragers microampère-lekstroom. Deze structuur geeft het unieke voordelen:

Positieve drukreductie: typische waarde 0,15-0,4V, op basis van siliciumcarbide kan lager zijn dan 1V
Korte omgekeerde hersteltijd: respons op nanosecondenniveau, geen drageropslageffect
Kleine junctiecapaciteit: uitstekende hoog-frequentiekarakteristieken, geschikt voor MHz-niveauschakelaartoepassingen
2, kwantitatieve vergelijking van elektrische prestaties
1. Geleidbaarheidsverlies en efficiëntieverbetering
Bij fotovoltaïsche omvormers heeft het geleidingsverlies van diodes een directe invloed op de systeemefficiëntie. Neem als voorbeeld een uitgangsstroom van 20A:

Gewone siliciumdiode (VF=0.7V): verlies=20A × 0,7V=14W
Schottky-diode (VF=0.3V): verlies=20A × 0,3V=6W
Het rendement is met 57% toegenomen en de afmeting van de radiator kan met 40% worden verkleind. In stringomvormers kan het gebruik van Schottky-diodes de jaarlijkse stroomopwekking met 2-3% verhogen.
2. Schakelkarakteristieken en hoogfrequente toepassingen
In het DC-DC-conversieproces is de omgekeerde hersteltijd van Schottky-diodes (<10ns) is reduced by two orders of magnitude compared to ordinary diodes (>1 μs). Dit maakt het:

Implementatie van nulspanningsschakeling (ZVS) in synchrone rectificatiecircuits
Verminder EMI-ruisinterferentie
Verhoog de schakelfrequentie tot MHz-niveau en verminder het volume van magnetische componenten
3. Omgekeerde lekstroom en risico op thermische overstroming
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 graden), neemt de lekstroom exponentieel toe, wat kan leiden tot:

De temperatuurstijging van de aansluitdoos overschrijdt 150 graden, waardoor materiaalveroudering ontstaat
Bypass-diode, thermische runaway, brandende componenten
De efficiëntie van de energieopwekking neemt af met 0,5-1%/graad
3, Technische aanpassing voor typische toepassingsscenario's
1. Beschermingsscenario omzeilen
In fotovoltaïsche modules moeten bypass-diodes aan de volgende eisen voldoen:

Snelle reactie: wanneer het onderdeel wordt geblokkeerd, kan de reactie van de Schottky-diode op nanoseconden onmiddellijk de stroom omleiden, waardoor de vorming van hotspots wordt voorkomen
Laag stroomverbruik: als we een component van 300 W als voorbeeld nemen, wordt het geleidingsverlies van Schottky-diodes met 80% verminderd in vergelijking met gewone diodes, en daalt de temperatuur van de aansluitdoos met 50 graden
Betrouwbaarheidsuitdaging: het is noodzakelijk om de thermische ontsnappingstest IEC62979 te doorstaan ​​om ervoor te zorgen dat de warmte die wordt gegenereerd door omgekeerde lekstroom tijdig kan worden afgevoerd in een omgeving van 90 graden
2. Rectificatiescenario van de omvormer
In stringomvormers worden Schottky-diodes gebruikt voor:

Invoer anti-terugstroom: voorkom dat componenten 's nachts stroom aan het elektriciteitsnet leveren
Voortzetting van het boostcircuit: efficiënte energieconversie met MOSFET
Uitgangsrectificatie: vervanging van traditionele snelhersteldiodes in een transformatorloze topologie, waardoor de efficiëntie met 1,5-2% wordt verhoogd
3. Intelligent optimalisatiescenario
In DC-DC-optimizers werken Schottky-diodes in combinatie met MOSFET's:

Lage geleidingsspanningsval: bij een stroomsterkte van 30 A kan een combinatie van 2 m Ω MOSFET en Schottky-diode worden gebruikt om de junctietemperatuur binnen 125 graden te regelen
Volumeoptimalisatie: Vergeleken met meerdere parallel geschakelde Schottky-diodes verkleint het MOSFET-schema het PCB-oppervlak met 30%
Kostensaldo: Hoewel de kosten van een enkele buis met 20% stijgen, dalen de stuklijstkosten op systeemniveau met 15%
4, Kosteneffectiviteit en selectiestrategie
1. Initiële investeringsvergelijking
Gewone diode: eenheidsprijs
0.05−
0,2, geschikt voor laagspanning (<60V) and low current (<10A) scenarios
Schottky-diode: eenheidsprijs
0.2−
1.0, suitable for medium to high voltage (40-200V) and high current (>10A) scenario's
Ideale diodeoplossing: gebruik van MOSFET+controller, eenheidsprijs
1.5−
3.0, maar de verbetering van de systeemefficiëntie kan de kostenstijging compenseren
2. Kosten voor de volledige levenscyclus
Als voorbeeld nemen we een fotovoltaïsche elektriciteitscentrale van 100 kW:

Gewone diode: jaarlijks stroomverbruik
1200, onderhoudskosten
vijfhonderd
Schottky-diode: jaarlijks stroomverbruik
480, onderhoudskosten
tweehonderd
Totale kosten over 5 jaar: gewoon abonnement
8500vs Schottky-schema
drieduizendvierhonderd
3. Selectiebeslissingsmatrix
Parameter gewone diode Schottky-diode ideaal diodeschema
Werkspanning<60V 40-200V 40-1000V
Werkende stroom<10A>10A>30A
Efficiëntie-eis<95% 95-98%>98%
Temperatuurbereik -40 graden tot 150 graden -40 graden tot 125 graden -40 graden tot 105 graden
De kostengevoeligheid is hoog, gemiddeld en laag