Hvert er sambandið á milli orkubreytingarnýtingar og framspennufalls díóða?

一, eðlisfræðilegur kjarni framspennufalls: orkukostnaður við hreyfingu burðarbera
Kjarninn í framspennufalli díóða er lágmarksspennan sem þarf til að yfirstíga innri mögulega hindrun hálfleiðara. Fyrir kísil-undirstaða PN tengidíóða krefst innbyggða- rafsviðsins sem myndast við dreifingu burðarbera á P- og N-svæðum að spenna upp á um 0,6-0,7V sé veikt, sem gerir rafeindum og holum kleift að sameinast aftur og mynda straum. Og Schottky díóður fara framhjá endurröðunarbúnaði PN-mótanna í gegnum hálfleiðara snertibyggingu úr málmi, sem dregur úr hugsanlegri hindrun í 0,2-0,4V. Þessi byggingarmunur leiðir beint til grundvallarmunarins á leiðnistapi á milli tveggja tegunda díóða.

Ef tekin er 3,3V/3A þrepa-niður aflgjafi sem dæmi, ef algeng kísilldíóða (V_F=0.8V) er notuð, nær tapið í fríhjólaþrepinu 1,74W, sem svarar til 17,4% af úttaksafli; Með því að nota Schottky díóða (V_F=0.4V) í staðinn er tapið helmingað í 0,87W. Þetta tap er magnað enn frekar í hástraums- og-hátíðniforritum: í 20A ljósvakaviðmiðunarsviðinu getur munur á spennufalli á milli 0,3V og 0,7V framkallað 8W orkunotkunarmun, sem ákvarðar beint stærð hitavasksins og orkunýtnistig kerfisins.

2, Þrjár helstu áhrifaleiðir áframhaldandi þrýstingsfalls á skilvirkni orkuskipta
1. Línuleg mögnunaráhrif leiðunartaps
Í atburðarásum með miklum straumi og litlum vinnulotum mun þetta tap aukast verulega. Til dæmis, í ósamstilltum Buck hringrásum, getur vinnutími fríhjóladíóðunnar verið meira en 70% og lítil lækkun á V_F getur valdið eigindlegri breytingu á skilvirkni. Tilviksrannsókn á iðnaðaraflgjafa sýnir að ef skipt er um aukaafriðlarrör úr venjulegri hraðbata díóðu (V_F=1.1V) fyrir tvöfalda samhliða Schottky díóða (V_F=0.5V) dregur úr leiðartapi um 5,8W og eykur skilvirkni úr 83% í 89,5%.

2. Keðjuverkun hitastjórnunar
Leiðnartapi sem stafar af áframhaldandi spennufalli verður breytt í hita, sem veldur því að hitastig tækisins hækkar og myndar vítahring:

Hitastig → V_F lækkun → straumhækkun → meiri hitamyndun → hitastig hækkar enn frekar
Þetta hitauppstreymi fyrirbæri er sérstaklega hættulegt þegar margar pípur eru tengdar samhliða. Til dæmis notaði ákveðin IoT-tengi stóran pakka Schottky-díóða, sem olli því að lekastraumurinn fór upp í 200 μA við háan hita upp á 125 gráður C, sem leiddi til þess að orkunotkun í biðstöðu fór yfir 20-föld staðalinn. Lausnin felur í sér:
Samhliða notkun lágviðnáms straumdeilingarviðnáms (10-50m Ω)
Veldu tæki með jákvæðum hitastuðli (eins og sumar MOSFET líkamsdíóða)
Styrktu hitaleiðnihönnun til að tryggja að hitamunur milli hverrar pípu sé minni en 10 gráður C
3. Óbeinar takmarkanir á kerfissamþættingu
Jákvætt spennufall heftir einnig óbeint skilvirkni kerfisins með því að hafa áhrif á umbúðir tækisins og skipulag. Tökum Schottky díóðuna sem er pakkað í SOD-123 sem dæmi, tengi hennar við umhverfishitaviðnám (R θ JA) er allt að 200 gráður C/W og hitastigshækkunin getur náð 40 gráðum C við 2A straum. Til að stjórna hitahækkuninni verða verkfræðingar að auka pakkningastærðina eða bæta við hitaköfum, sem mun draga úr aflþéttleika og skapa mótsögn á milli skilvirkni og samþættingar. Ákveðin hleðslueining fyrir bíla fínstillti útsetninguna með því að setja fríhjóladíóðuna nálægt afl MOSFET, stytta straumleiðina og draga úr línuviðnáminu um 30%, sem leiddi til 1,5% aukningar á skilvirkni kerfisins.

3, Tæknilega leiðin til hagræðingar hagræðingar: frá vali tækja til kerfishönnunar
1. Tækjaval: bylting í efnum og mannvirkjum
Kísilkarbíð (SiC) díóða: Með breitt bandbil eiginleika nær það núll endurheimt (trr ≈ 0ns), og V_F minnkar með hækkandi hitastigi, sem sýnir verulega hagkvæmni í háum-hitaumhverfi. Eftir að hafa tekið upp SiC Schottky díóða fór kerfisnýtni ákveðins ljósvakans yfir 98% og hann getur enn starfað stöðugt við mótshitastig upp á 175 gráður C.
Samstillt leiðréttingartækni: Notkun MOSFETs í stað fríhjóladíóða til að umbreyta leiðnartapi úr línulegu sambandi (V_F × I) í ferningssamband (I ² R_DS (á)). Í hástraumsaðstæðum er tap á samstilltri leiðréttingu aðeins 1/20 af tapi á díóða. Eftir að hafa tekið upp samstillta leiðréttingu jókst skilvirkni netþjónaaflgjafa úr 85% í 92% og hitastigshækkunin minnkaði um 25 gráður C.
2. Hönnun hringrásar: Samvinna hagræðingu staðfræði og eftirlits
Mjúk rofatækni: Með því að nota resonant eða hálfómun svæðisfræði getur díóðan skipt við núllspennu eða núllstraumsskilyrði, sem útilokar öfugt bata tap. Eftir að hafa tekið upp mjúka rofahönnun minnkaði díóðatap á LLC resonant aflgjafa um 70% og skilvirkni var bætt í yfir 95%.
Aðlögunarstýring dauðra svæða: Með því að fylgjast með MOSFET drifmerkinu í raun-tíma, stilla dauðasvæðistímann á virkan hátt til að forðast krossleiðni. Eftir að þessi tækni var tekin upp minnkaði rofatap ákveðins mótorökumanns um 60% og skilvirkni kerfisins var bætt um 3%.
3. Hitastjórnun: frá óvirkri hitaleiðni til virkrar hönnunar
Hagræðing pakka: Pakkar með lágt hitauppstreymi eins og DFN og TO-247 eru notaðir til að draga úr áhrifum hitastigs tengisins á V_F. Ákveðin samskiptaaflgjafi notar DFN8 × 8 umbúðir til að viðhalda stöðugu TRR SiC díóða við 150 gráður C.
Hitauppgerð og fínstilling útlits: Fínstilltu skipulag tækja með hermihugbúnaði, styttu straumleiðir og minnkaðu línuviðnám. Ákveðinn iðnaðaraflgjafi hefur fínstillt skipulag sitt með því að stytta fjarlægðina milli fríhjóladíóðunnar og afl MOSFET úr 5 mm í 2 mm, minnka línuviðnám um 40% og auka skilvirkni um 1,2%.