Koks yra ryšys tarp energijos konversijos efektyvumo ir diodų tiesioginės įtampos kritimo?

一, Fizinė tiesioginio įtampos kritimo esmė: nešiklio judėjimo energijos sąnaudos
Diodo tiesioginės įtampos kritimo esmė yra minimali įtampa, reikalinga puslaidininkio vidinei potencialo barjerui įveikti. Silicio -pagrįstų PN jungties diodų elektrinis laukas, susidarantis dėl nešlio difuzijos P ir N srityse, reikalauja, kad susilpnėtų maždaug 0,6–0,7 V įtampa, leidžianti elektronams ir skylėms rekombinuotis ir sudaryti srovę. O Schottky diodai apeina PN sandūros rekombinacijos mechanizmą per metalinę puslaidininkinę kontaktinę struktūrą, sumažindami potencialo barjerą iki 0,2–0,4 V. Šis struktūrinis skirtumas tiesiogiai lemia esminį laidumo nuostolių skirtumą tarp dviejų tipų diodų.

Pavyzdžiui, 3,3 V / 3 A žemesnio- maitinimo šaltinio, jei naudojamas įprastas silicio diodas (V_F=0.8V), nuostoliai laisvos eigos pakopoje siekia 1,74 W, o tai sudaro 17,4 % išėjimo galios; Vietoj to naudojant Schottky diodus (V_F=0.4V), nuostoliai sumažėja perpus iki 0,87 W. Šis nuostolis dar labiau padidėja naudojant didelės srovės ir{11}}didelio dažnio programas: 20 A fotovoltinio keitiklio scenarijuje įtampos kritimo skirtumas tarp 0,3 V ir 0,7 V gali sukurti 8 W energijos suvartojimo skirtumą, tiesiogiai nulemdamas šilumos kriauklės dydį ir sistemos energijos vartojimo efektyvumo lygį.

2, trys pagrindiniai tiesioginio slėgio kritimo įtaka energijos konversijos efektyvumui
1. Linijinis laidumo praradimo stiprinimo efektas
Esant didelės srovės ir mažo darbo ciklo scenarijams, šis nuostolis bus žymiai padidintas. Pavyzdžiui, asinchroninėse Buck grandinėse laisvosios eigos diodo darbo laikas gali sudaryti daugiau nei 70%, o nedidelis V_F sumažėjimas gali sukelti kokybinį efektyvumo pokytį. Pramoninio maitinimo šaltinio atvejo tyrimas rodo, kad antrinio lygintuvo vamzdelį iš įprasto greito atkūrimo diodo (V_F=1.1V) pakeitus dvigubu lygiagrečiu Šotkio diodu (V_F=0.5V), laidumo nuostoliai sumažėja 5,8 W, o efektyvumas padidėja nuo 83 % iki 89,5 %.

2. Šilumos valdymo grandininė reakcija
Laidumo nuostoliai, atsirandantys dėl tiesioginės įtampos kritimo, paverčiami šiluma, todėl prietaiso temperatūra pakyla ir susidaro užburtas ciklas:

Temperatūros padidėjimas → V_F sumažėjimas → srovės padidėjimas → daugiau šilumos generavimas → temperatūros kilimas toliau stiprėja
Šis terminis bėgimo reiškinys yra ypač pavojingas, kai lygiagrečiai sujungiami keli vamzdžiai. Pavyzdžiui, tam tikras daiktų interneto terminalas naudojo didelio paketo Schottky diodą, dėl kurio nuotėkio srovė pakilo iki 200 μA aukštoje 125 laipsnių C temperatūroje, todėl budėjimo režimo energijos suvartojimas viršijo 20 kartų standartą. Sprendimas apima:
Lygiagretus mažos varžos srovės dalijimosi rezistorių naudojimas (10-50 m Ω)
Pasirinkite teigiamo temperatūros koeficiento įrenginius (pvz., kai kuriuos MOSFET korpuso diodus)
Sustiprinkite šilumos išsklaidymo konstrukciją, kad kiekvieno vamzdžio temperatūrų skirtumas būtų mažesnis nei 10 laipsnių C
3. Numanomi sistemos integravimo apribojimai
Teigiamas įtampos kritimas taip pat netiesiogiai riboja sistemos efektyvumą, paveikdamas įrenginio pakuotę ir išdėstymą. Kaip pavyzdį paėmus Schottky diodą, supakuotą į SOD-123, jo jungtis su aplinkos šilumine varža (R θ JA) yra net 200 laipsnių C/W, o temperatūros kilimas gali siekti 40 laipsnių C esant 2A srovei. Norėdami kontroliuoti temperatūros kilimą, inžinieriai turi padidinti pakuotės dydį arba pridėti aušintuvus, o tai sumažins galios tankį ir sukurs prieštaravimą tarp efektyvumo ir integracijos. Tam tikras automobilio įkrovimo modulis optimizavo savo išdėstymą, pastatydamas laisvosios eigos diodą arti galios MOSFET, sutrumpino srovės kelią ir sėkmingai sumažino linijos varžą 30%, todėl sistemos efektyvumas padidėjo 1,5%.

3, Techninis efektyvumo optimizavimo kelias: nuo įrenginio pasirinkimo iki sistemos projektavimo
1. Prietaiso pasirinkimas: medžiagų ir konstrukcijų revoliucija
Silicio karbido (SiC) diodas: dėl plataus dažnių diapazono charakteristikų jis pasiekia nulinį atvirkštinį atkūrimą (trr ≈ 0ns), o V_F mažėja didėjant temperatūrai, o tai rodo reikšmingus efektyvumo pranašumus esant aukštai temperatūrai. Pritaikius SiC Schottky diodus, tam tikro fotovoltinio keitiklio sistemos efektyvumas viršijo 98%, ir jis vis tiek gali stabiliai veikti esant 175 laipsnių jungties temperatūrai.
Sinchroninio ištaisymo technologija: MOSFET naudojimas vietoj laisvo eigos diodų laidumo nuostoliams paversti iš tiesinio ryšio (V_F × I) į kvadratinį ryšį (I ² R_DS (įjungta)). Esant didelės srovės scenarijams, sinchroninio ištaisymo praradimas yra tik 1/20 diodo. Pritaikius sinchroninį ištaisymą, serverio maitinimo efektyvumas padidėjo nuo 85% iki 92%, o temperatūros kilimas sumažėjo 25 laipsniais C.
2. Grandinės projektavimas: bendras topologijos ir valdymo optimizavimas
Minkšto perjungimo technologija: naudojant rezonansinę arba beveik rezonansinę topologiją, diodas gali persijungti esant nulinei įtampai arba nulinės srovės sąlygomis, pašalinant atvirkštinio atkūrimo nuostolius. Pritaikius minkšto perjungimo konstrukciją, LLC rezonansinio maitinimo šaltinio diodų nuostoliai sumažėjo 70%, o efektyvumas buvo padidintas iki daugiau nei 95%.
Adaptyvusis negyvos zonos valdymas: stebint MOSFET pavaros signalą realiuoju laiku-, dinamiškai koreguojant negyvos zonos laiką, kad būtų išvengta kryžminio laidumo. Pritaikius šią technologiją, tam tikro variklio vairuotojo jungiklio nuostoliai sumažėjo 60%, o sistemos efektyvumas pagerėjo 3%.
3. Šiluminis valdymas: nuo pasyvaus šilumos išsklaidymo iki aktyvaus projektavimo
Paketo optimizavimas: Mažos šiluminės varžos paketai, tokie kaip DFN ir TO-247, naudojami siekiant sumažinti sankryžos temperatūros poveikį V_F. Tam tikras ryšio maitinimo šaltinis naudoja DFN8 × 8 pakuotę, kad išlaikytų stabilų SiC diodų TRR esant 150 laipsnių C.
Šiluminis modeliavimas ir išdėstymo optimizavimas: optimizuokite įrenginio išdėstymą naudodami modeliavimo programinę įrangą, sutrumpinkite srovės kelius ir sumažinkite linijos varžą. Tam tikras pramoninis maitinimo šaltinis optimizavo savo išdėstymą, sumažindamas atstumą tarp laisvosios eigos diodo ir galios MOSFET nuo 5 mm iki 2 mm, sumažindamas linijos varžą 40 % ir padidindamas efektyvumą 1,2 %.