จะเลือกไดโอด Schottky ในระบบกักเก็บพลังงานเพื่อลดการสูญเสียได้อย่างไร

1 การวิเคราะห์กลไกการสูญเสีย: รากฐานของข้อดีด้านประสิทธิภาพพลังงานของไดโอดชอตกี
การสูญเสียพลังงานของระบบกักเก็บพลังงานส่วนใหญ่มาจากสามเส้นทาง: การสูญเสียการนำไฟฟ้า การสูญเสียการสลับ และการสูญเสียการกู้คืนแบบย้อนกลับ ไดโอดชอตกีประสบความสำเร็จเหนือกว่าไดโอดชุมทาง PN แบบดั้งเดิมอย่างครอบคลุม ผ่านนวัตกรรมวัสดุและการออกแบบโครงสร้าง

การควบคุมการสูญเสียการนำไฟฟ้า
ไดโอดชอตกีใช้จุดเชื่อมต่อเซมิคอนดักเตอร์โลหะ (แผงกั้นชอตกี) แทนจุดเชื่อมต่อ PN และแรงดันไฟฟ้าตกคร่อมไปข้างหน้า (Vf) โดยปกติจะอยู่ที่ 0.2-0.5V ซึ่งต่ำกว่าไดโอดซิลิคอนทั่วไปมากกว่า 50% (0.7-1.0V) จากตัวอย่างกระแสไฟฟ้า 100A การสูญเสียการนำไฟฟ้าของไดโอดธรรมดาคือ 70W ในขณะที่ไดโอด Schottky มีค่าเพียง 20-50W ในระบบการจัดการแบตเตอรี่ของ BYD Han EV การใช้ไดโอด Vf Schottky ต่ำช่วยเพิ่มประสิทธิภาพโดยรวมของระบบได้ 1.2% และเพิ่มระยะได้ 3-5 กิโลเมตร
การเพิ่มประสิทธิภาพการสูญเสียสวิตช์
ไดโอดชอตกีไม่มีเอฟเฟกต์การจัดเก็บแบบพาหะส่วนน้อย และเวลาการกู้คืนแบบย้อนกลับ (Trr) สามารถลดลงเหลือ 10-100ns ซึ่งเป็นขนาดที่ต่ำกว่าไดโอดธรรมดาสามลำดับ (ระดับไมโครวินาที) ในตัวแปลงความถี่ Siemens SINAMICS G120 การใช้ไดโอด Schottky จะเพิ่มความถี่ในการสลับจาก 20kHz เป็น 100kHz ลดการสูญเสียการสลับลง 60% และเพิ่มความหนาแน่นของพลังงานของระบบ 40%
การจัดการกระแสไฟรั่วย้อนกลับ
แม้ว่ากระแสไฟรั่วย้อนกลับ (Ir) ของไดโอด Schottky จะสูงกว่าไดโอดทั่วไป แต่การปรับประสิทธิภาพของวัสดุให้เหมาะสม (เช่น การใช้เวเฟอร์อีพิเทกเซียลที่มีซิลิคอน-และกระบวนการชั้นสัมผัสโลหะมีตระกูล) สามารถควบคุม Ir ที่ไมโครแอมแปร์ที่อุณหภูมิสูงได้ Heketai Electronics รุ่น 1N5819WS มีค่า Ir เพียง 5 μ A ที่ 125 องศา ซึ่งเป็นไปตามข้อกำหนดที่เข้มงวดของระบบกักเก็บพลังงานสำหรับการใช้พลังงานแบบคงที่
2, การจับคู่พารามิเตอร์หลัก: วิธีการเลือกตั้งแต่ทฤษฎีจนถึงวิศวกรรม
สถานการณ์การใช้งานของระบบกักเก็บพลังงานจำเป็นต้องมีพารามิเตอร์ที่หลากหลายสำหรับไดโอดชอตกี และเมทริกซ์การเลือกจำเป็นต้องสร้างขึ้นจากสี่มิติ ได้แก่ แรงดัน กระแส ความถี่ และอุณหภูมิ

การจับคู่พารามิเตอร์แรงดันไฟฟ้า
ความต้านทานแรงดันย้อนกลับ (VRRM): ควรสูงกว่าแรงดันไฟฟ้าสูงสุดของระบบ 1.2-1.5 เท่า ตัวอย่างเช่น ในระบบกักเก็บพลังงาน 48V หากใช้ชุดแบตเตอรี่ 12 สาย (แรงดันไฟฟ้าสูงสุด 54V) ควรเลือกรุ่นที่มี VRRM มากกว่าหรือเท่ากับ 80V (เช่น เซมิคอนดักเตอร์ SMBJ75A)
แรงดันการกู้คืนแบบย้อนกลับ (VRM): ในการใช้งานแบบพัลส์ จำเป็นต้องพิจารณาถึงผลกระทบของแรงดันไฟกระชากบนอุปกรณ์ หลังคาพลังงานแสงอาทิตย์ Tesla ใช้ไดโอด Schottky ซิลิคอนคาร์ไบด์ที่มี VRM 600V ซึ่งสามารถทนต่อแรงดันไฟฟ้าเกินชั่วคราว เช่น ฟ้าผ่า
การจับคู่พารามิเตอร์ปัจจุบัน
กระแสไฟฟ้าเฉลี่ย (IF): จะต้องครอบคลุม 1.5 เท่าของกระแสการทำงานสูงสุดของระบบ ในอินเวอร์เตอร์ SG3125HV ของ Sunac Power ไดโอด Schottky ที่มี IF=50A ถูกนำมาใช้เพื่อให้ตรงตามข้อกำหนดการดำเนินการโหลดเต็มรูปแบบของระบบ 100kW
กระแสไฟกระชาก (IFSM): จำเป็นต้องทนต่อกระแสชั่วคราวในระหว่างกระบวนการชาร์จและคายประจุแบตเตอรี่ รุ่น MBR1045CT จาก Heketai Electronics สามารถทนต่อกระแสไฟกระชาก 100A และเหมาะสำหรับการสตาร์ทสถานการณ์ไฟฟ้าช็อต OBC ของรถยนต์ไฟฟ้า (-ที่ชาร์จบนบอร์ด)
การจับคู่พารามิเตอร์ความถี่
ความถี่การทำงานสูงสุด (fM): ต้องตรงกับความถี่ในการสวิตชิ่งของแหล่งจ่ายไฟสวิตชิ่ง ในอินเวอร์เตอร์ Huawei SUN2000 จะใช้ไดโอด Schottky ที่มี fM=1MHz เพื่อให้บรรลุประสิทธิภาพการติดตาม MPPT 99%
ความจุทางแยก (Cj): Cj ต่ำสามารถลดการสูญเสียประจุและการคายประจุในระหว่างการสลับความถี่สูง- Cj รุ่น RB521D1-30-Q1 จาก Anbang Electronics มีค่าเพียง 2pF และเหมาะสำหรับการใช้งาน RF (ความถี่วิทยุ)
การจับคู่พารามิเตอร์อุณหภูมิ
ช่วงอุณหภูมิในการทำงาน: จำเป็นต้องครอบคลุมอุณหภูมิสิ่งแวดล้อมที่รุนแรงของระบบจัดเก็บพลังงาน ผลิตภัณฑ์บรรจุภัณฑ์ DFN1006 จาก Heketai Electronics สามารถทำงานได้อย่างเสถียรภายในช่วง -40 องศาถึง 125 องศา โดยมีการควบคุมแรงดันไฟฟ้าลอยภายใน ± 0.05%/ องศา เป็นไปตามข้อกำหนดด้านเสถียรภาพของแหล่งจ่ายไฟของ ADAS (Advanced Driver Assistance Systems)
ความต้านทานความร้อน (R θ JA): บรรจุภัณฑ์ต้านทานความร้อนต่ำสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพการกระจายความร้อนได้ ความต้านทานความร้อนของแพ็คเกจ TO-220 คือ 15 องศา /W ในขณะที่แพ็คเกจ DFN1006 สามารถลดลงเหลือ 5 องศา /W ซึ่งช่วยลดอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นของอุปกรณ์ได้อย่างมาก
3 การปรับสถานการณ์การใช้งาน: แนวทางปฏิบัติในการเลือกจากทั่วไปไปจนถึงแบบกำหนดเอง
สถานการณ์การใช้งานที่หลากหลายของระบบกักเก็บพลังงานจำเป็นต้องมีข้อกำหนดที่แตกต่างกันสำหรับไดโอดชอตกี และการเลือกแบบกำหนดเองจะต้องขึ้นอยู่กับสถานการณ์เฉพาะ

ระบบการจัดการแบตเตอรี่ (BMS)
ป้องกันการชาร์จแบบย้อนกลับ: เลือกรุ่นที่มี Vf ต่ำและ IFSM สูง ล็อคประตูอัจฉริยะ Deshmann ใช้ไดโอด Schottky ซีรีส์ BAT54 (Vf=0.3V, IFSM=30A) ซึ่งให้ความน่าเชื่อถือในการชาร์จแบบป้องกันการย้อนกลับ 99.99% ในสภาพแวดล้อม -40 องศา ~85 องศา
การควบคุมที่สมดุล: เลือกรุ่นที่มี Ir ต่ำและ VRRM สูง ระบบจัดเก็บพลังงาน Ningde Times ใช้โมเดล SD101AW (Ir=0.2 μ A, VRRM=1000V) เพื่อให้เกิดการควบคุมสมดุลระดับมิลลิโวลต์ระหว่างชุดแบตเตอรี่
ตัวแปลงไฟ DC-DC
การแก้ไขแบบซิงโครนัส: จำเป็นต้องเลือกรุ่นที่มี Vf ต่ำและ R θ JA ต่ำ อินเวอร์เตอร์ Sunshine Power SG3125HV ใช้ไดโอด Schottky ที่บรรจุใน SOD-123 (Vf=0.25V, R θ JA=30 องศา /W) โดยมีประสิทธิภาพการแปลง 98.7%
เทคโนโลยีสวิตช์แบบนุ่มนวล: ต้องเลือกรุ่น Qrr ต่ำ (การชาร์จแบบย้อนกลับ) Qrr รุ่น MBR20100CT จาก Heketai Electronics มีค่าเพียง 5nC และเหมาะสำหรับวงจร ZVS (การสลับแรงดันไฟฟ้าเป็นศูนย์) ซึ่งช่วยลดการสูญเสียการสลับได้ 70%
อินเวอร์เตอร์พีวี
การติดตาม MPPT: เลือกรุ่นที่มี fM สูงและ Cj ต่ำ อินเวอร์เตอร์ Huawei SUN2000 ใช้ไดโอด Schottky ที่บรรจุใน SMA (fM=1MHz, Cj=5pF) เพื่อให้ได้การตอบสนองที่รวดเร็วที่ระดับ 0.1ms
การป้องกันเกาะ: ต้องเลือกรุ่น VRRM สูงและ Ir ต่ำ หลังคาพลังงานแสงอาทิตย์ของ Tesla ใช้ไดโอดชอตกีซิลิคอนคาร์ไบด์ (VRRM=600V, Ir=1 μ A) เพื่อตัดกระแสไฟฟ้าย้อนกลับภายใน 0.1 วินาทีในกรณีที่กริดขัดข้อง