光伏电池板的旁路二极管保护应用

文章摘要： 肖特基势垒整流器一般用在单晶硅和多晶硅光伏(PV)面板的旁路二极管中，在出现低分流和高分流阻抗时，保护过热点的光伏电池(参考图1)。图1A，电池板中的低分流阻抗单元图1B，电池板中的高分流阻抗单元在旁路应用中，肖特基势垒整流器可发挥低正向电压降的优势，而且比普通P-N结整流器的功率耗散更小。然而，这种器件也具有低反向电压击穿的缺点，很容易因ESD(静电放电)的电过应力(EOS)和感应的高电压而损坏。图1显示的是，一个肖特基整流器在250V电压下施加高电压8/20 μs脉冲后失效的测试结果。图1，肖特基整流器在250V电压和一个8/20 μs脉冲(2-Ω线阻)情况下失效。ESD——静电

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     肖特基势垒整流器一般用在单晶硅和多晶硅光伏(PV)面板的旁路二极管中，在出现低分流和高分流阻抗时，保护过热点的光伏电池(参考图1)。

图1A，电池板中的低分流阻抗单元

图1B，电池板中的高分流阻抗单元

　　在旁路应用中，肖特基势垒整流器可发挥低正向电压降的优势，而且比普通P-N结整流器的功率耗散更小。然而，这种器件也具有低反向电压击穿的缺点，很容易因ESD(静电放电)的电过应力(EOS)和感应的高电压而损坏。图1显示的是，一个肖特基整流器在250V电压下施加高电压8/20 μs脉冲后失效的测试结果。

图1，肖特基整流器在250V电压和一个8/20 μs脉冲(2-Ω线阻)情况下失效。

　　ESD——静电放电

　　光伏电池是用层压膜与玻璃或透明的二氧化硅板压到一起，或是用环氧树脂材料粘在一起。玻璃、化学材料平板和层压薄膜都很容易产生ESD，ESD的强度取决于表面直径。ESD可能损坏肖特基整流器的芯片端，主要是通过过热失效的方式(图2A和2B)。

图2A和2B：在肖特基芯片由ESD造成的过热痕迹。

　　大多数旁路二极管的最大击穿电压只有45V到60V。然而，它们能处理的ESD也较低。Vishay的SB15H45和150SQ045的典型ESD为25KV(空气放电)，采用10个100pF/1.5KΩ(per IEC61000-4-2)的脉冲。这些器件的测试结果参见表1。

表 1: SB15H45和 150SQ045的25KV 户外空气放电测试结果

　　这种ESD防护能力还不足以在为所有ESD状况或从电源线和其他来源感应的高电压提供保护。一个脉冲宽度为60ns的典型ESD波形如图3所示。

　　由ESD和浪涌造成失效之间的区别是，他们涉及的失效器件的数量是不同的。在大多数由ESD引起的失效故障中，在接线盒里的两个或三个器件当中的某一个会失效。而浪涌会损毁所有的旁路二极管。

图3：典型的ESD波形。

　　反应能量和感应能量

　　当高功率电缆与太阳能电池板的电缆交错或是平行摆放时，反应能量和感应能量也可能引起旁路二极管的失效。这种情况非常少见，也很难通过标准化的措施加以避免。

　　当接线盒与电路断开，存储在电缆里的能量会反作用到接线盒里的旁路二极管，这时就会产生反应能量。能量等级取决于电缆的长度和供电电压。

　　大多数肖特基整流器的雪崩容量低于20mJ，还不足以应付反应能量。但Vishay的瞬态电压抑制器(TVS)的雪崩能量可以从1/4焦耳到2焦耳。

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