Milline on seos energia muundamise efektiivsuse ja dioodide pärivoolu pingelanguse vahel?

一, Pöördepinge languse füüsiline olemus: kandja liikumise energiakulu
Dioodi pärisuunalise pingelanguse olemus on minimaalne pinge, mis on vajalik pooljuhi sisemise potentsiaalibarjääri ületamiseks. Räni-põhiste PN-siirdedioodide puhul nõuab P- ja N-piirkondades kandja difusioonist moodustunud sisseehitatud-elektriväli umbes 0,6–0,7 V pinge nõrgendamiseks, mis võimaldab elektronidel ja aukudel rekombineerida ja voolu moodustada. Ja Schottky dioodid mööduvad PN-ristmiku rekombinatsioonimehhanismist läbi metallist pooljuhtkontaktstruktuuri, vähendades potentsiaalse barjääri 0,2-0,4 V-ni. See struktuurne erinevus viib otseselt juhtivuskadude põhimõttelise erinevuseni kahte tüüpi dioodide vahel.

Võttes näiteks 3,3 V/3A astmelise-toiteallika, kui kasutatakse tavalist ränidioodi (V_F=0.8V), ulatub vabakäigu astme kadu 1,74 W-ni, mis moodustab 17,4% väljundvõimsusest; Kasutades selle asemel Schottky dioode (V_F=0.4V), väheneb kadu poole võrra 0,87 W-ni. See kadu võimendub veelgi suure voolu ja{11}}kõrge sagedusega rakendustes: 20A fotogalvaanilise inverteri stsenaariumi korral võib pingelanguse erinevus 0,3 V ja 0,7 V vahel tekitada 8 W energiatarbimise erinevuse, mis määrab otseselt jahutusradiaatori suuruse ja süsteemi energiatõhususe taseme.

2, kolm peamist survelanguse mõjuteed energia muundamise tõhususele
1. Juhtivuse kadumise lineaarne võimendusefekt
Suure voolu ja madala töötsükli stsenaariumide korral võimendub see kadu oluliselt. Näiteks asünkroonsetes Bucki ahelates võib vabakäigudioodi tööaeg moodustada üle 70% ja V_F väike langus võib tuua kaasa kvalitatiivse muutuse efektiivsuses. Tööstusliku toiteallika juhtumiuuring näitab, et tavalise kiirtaastedioodi (V_F=1.1V) sekundaaralaldi toru asendamine topeltparalleelse Schottky dioodiga (V_F=0.5V) vähendab juhtivuse kadu 5,8 W võrra ja suurendab efektiivsust 83%-lt 89,5%-le.

2. Soojusjuhtimise ahelreaktsioon
Pöördepinge langusest põhjustatud juhtivuskadu muundatakse soojuseks, põhjustades seadme temperatuuri tõusu ja moodustades nõiaringi:

Temperatuuri tõus → V_F langus → voolu tõus → rohkem soojust tekitada → temperatuuri tõus intensiivistub veelgi
See termiline äravoolu nähtus on eriti ohtlik, kui paralleelselt on ühendatud mitu toru. Näiteks kasutati teatud asjade interneti terminalis suure paketi Schottky dioodi, mis pani kõrgel temperatuuril 125 kraadi C lekkevoolu 200 μA-ni, mille tulemuseks oli ooterežiimi voolutarve üle 20 korra standardist. Lahendus sisaldab:
Madala takistusega voolu jagamise takistite paralleelne kasutamine (10-50 m Ω)
Valige positiivse temperatuuriteguriga seadmed (nt mõned MOSFET-i keredioodid)
Tugevdage soojuse hajumise konstruktsiooni, et tagada iga toru temperatuuride erinevus alla 10 kraadi C
3. Süsteemi integreerimise kaudsed piirangud
Positiivne pingelang piirab kaudselt ka süsteemi tõhusust, mõjutades seadme pakendit ja paigutust. Võttes näiteks SOD-123 pakendatud Schottky dioodi, on selle ühendus keskkonna soojustakistusega (R θ JA) koguni 200 kraadi C/W ja temperatuuri tõus võib 2A voolu juures ulatuda 40 kraadini C. Temperatuuri tõusu kontrollimiseks peavad insenerid suurendama pakendi suurust või lisama jahutusradiaatorid, mis vähendab võimsustihedust ja tekitab vastuolu tõhususe ja integratsiooni vahel. Teatud auto laadimismoodul optimeeris oma paigutust, asetades vabakäigudioodi toiteallika MOSFET-i lähedale, lühendades vooluteed ja vähendades edukalt liini takistust 30%, mille tulemuseks oli 1,5% süsteemi efektiivsuse tõus.

3, tõhususe optimeerimise tehniline tee: seadme valikust süsteemi projekteerimiseni
1. Seadme valik: revolutsioon materjalides ja struktuurides
Ränikarbiiddiood (SiC): oma laia ribalaiusega karakteristikutega saavutab see nulli vastupidise taastumise (trr ≈ 0ns) ja V_F väheneb temperatuuri tõustes, mis näitab olulisi efektiivsuse eeliseid kõrge temperatuuriga keskkondades. Pärast SiC Schottky dioodide kasutuselevõttu ületas teatud fotogalvaanilise inverteri süsteemi efektiivsus 98% ja see võib endiselt stabiilselt töötada 175 ° C ristmiku temperatuuril.
Sünkroonse alaldi tehnoloogia: MOSFET-ide kasutamine vabakäigudioodide asemel, et muuta juhtivuskadu lineaarsuhtest (V_F × I) ruutsuhteks (I ² R_DS (sees)). Suure voolu stsenaariumide korral on sünkroonse alalduse kadu vaid 1/20 dioodi omast. Pärast sünkroonse alalduse kasutuselevõttu tõusis serveri toiteallika efektiivsus 85%-lt 92%-le ja temperatuuri tõus vähenes 25 kraadi C.
2. Vooluahela projekteerimine: topoloogia ja juhtimise koostöö optimeerimine
Pehme lülitustehnoloogia: kasutades resonants- või kvaasiresonantstopoloogiat, saab diood lülituda nullpinge või nullvoolu tingimustes, kõrvaldades tagurpidi taastamise kaod. Pärast pehme lülitusdisaini kasutuselevõttu vähenes LLC resonantstoiteallika dioodikadu 70% ja efektiivsus paranes üle 95%.
Adaptiivne surnud tsooni juhtimine: jälgides MOSFET-draivi signaali reaalajas,{0}}reguleerides surnud tsooni aega dünaamiliselt, et vältida ristjuhtivust. Pärast selle tehnoloogia kasutuselevõttu vähenes teatud mootoridraiveri lülituskadu 60% ja süsteemi efektiivsus paranes 3%.
3. Soojusjuhtimine: passiivsest soojuse hajumisest aktiivse projekteerimiseni
Paketi optimeerimine: ristmiku temperatuuri mõju vähendamiseks V_F-le kasutatakse madala soojustakistusega pakette, nagu DFN ja TO-247. Teatud side toiteallikas kasutab DFN8 × 8 pakendit, et säilitada SiC dioodide stabiilne TRR 150 kraadi C juures.
Soojussimulatsioon ja paigutuse optimeerimine: optimeerige seadme paigutust simulatsioonitarkvara abil, lühendage vooluteid ja vähendage liinitakistust. Teatud tööstuslik toiteallikas on optimeerinud oma paigutust, lühendades vabakäigudioodi ja toiteallika MOSFETi vahelist kaugust 5 mm-lt 2 mm-le, vähendades liini takistust 40% ja suurendades efektiivsust 1,2%.