CN209344076U - 二极管电路和太阳能电池系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型题为“二极管电路和太阳能电池系统”。本实用新型公开了一种用于减少反向偏压二极管器件诸如肖特基二极管中的反向泄漏电流的电路和方法。所述二极管器件电耦合在N沟道耗尽型器件和P沟道耗尽型器件之间，并且所述耗尽型器件的栅极电耦合到所述电路的相对端子，使得基于施加到所述电路的端子的电压使两者都处于导通状态或关断状态。当所述电路正向偏压时，两个耗尽型器件都处于导通状态，并且当所述二极管器件反向偏压时，两个所述耗尽型器件都处于所述关断状态。处于所述关断状态的所述耗尽型器件减少所述二极管器件的反向泄漏电流。该减少对于需要有效二极管操作的应用非常有用，诸如太阳能电池系统。

Description

二极管电路和太阳能电池系统

技术领域

本说明书涉及具有正向电压和泄漏电流的二极管电路，其适用于可能需要有效二极管操作的应用，诸如光伏阵列。

背景技术

二极管器件(即，二极管)的效率可通过当偏压用于导通(即，正向偏压)时二极管两端的电压降(即，正向电压)以及当偏压用于不导通(即，反向偏压)时穿过二极管的电流(即，泄漏电流)来表征。对于可能需要有效二极管操作的一些应用，一些二极管的正向电压和泄漏电流可能太高。因此，需要系统、方法和装置来解决现有技术的不足并提供其它新颖且创新的特征。

实用新型内容

在一个整体方面，本公开描述了二极管电路，该二极管电路包括二极管器件(例如，肖特基二极管)、N沟道(即，N型)耗尽型器件(例如，MOSFET、JFET)和P沟道(即，P型)耗尽型器件(例如，MOSFET、JFET)。二极管器件具有阳极和阴极。N沟道耗尽型器件电耦合在二极管器件的阴极和二极管电路的输出端子之间，并且P沟道耗尽型器件电耦合在二极管器件的阳极和二极管电路的输入端子之间。

在另一个整体方面，本公开描述了用于减少二极管电路中反向泄漏电流的方法。在该方法中，将反向偏压电压施加到二极管电路的端子。反向偏压电压生成穿过二极管的反向泄漏电流，该二极管电耦合在二极管电路中的一对耗尽型器件之间。然后，施加到二极管电路的反向偏压电压增加到处于(或高于)阈值电压的电压，以将该对耗尽型器件配置成关断状态。接下来，使用处于关断状态的耗尽型器件来阻断反向泄漏电流，以减少二极管电路中的反向泄漏电流。

在另一个整体方面，本公开描述了太阳能电池系统。太阳能电池系统包括串联电耦合的多个太阳能电池。太阳能电池系统还包括与多个太阳能电池中的每一者各自并联电耦合的二极管电路。当太阳能电池被照射时，电耦合的二极管电路反向偏压并阻断电流。当太阳能电池被遮蔽时，电耦合的二极管电路正向偏压并导通电流以绕过被遮蔽的太阳能电池。二极管电路包括肖特基二极管、N沟道耗尽型器件和P沟道耗尽型器件。二极管器件具有阳极和阴极。N沟道耗尽型器件电耦合在二极管器件的阴极和二极管电路的输出端子之间，并且P沟道耗尽型器件电耦合在二极管器件的阳极和二极管电路的输入端子之间。

在可能的实施方式中，当二极管电路正向偏压时，N沟道耗尽型器件、P沟道耗尽型器件和肖特基二极管处于导通状态；并且当二极管电路反向偏压时，N沟道耗尽型器件、P沟道耗尽型器件和肖特基二极管处于关断状态。

根据本实用新型的一个方面，提供有一种二极管电路，包括：二极管器件，所述二极管器件具有阳极和阴极；N沟道耗尽型器件，所述N沟道耗尽型器件电耦合在所述二极管器件的所述阴极和所述二极管电路的输出端子之间；以及P沟道耗尽型器件，所述P沟道耗尽型器件电耦合在所述二极管器件的所述阳极和所述二极管电路的输入端子之间。

优选地，其中所述二极管器件是肖特基二极管。

优选地，其中当正向偏压电压被施加到所述二极管电路时，所述N沟道耗尽型器件和所述P沟道耗尽型器件处于导通状态并导通穿过所述二极管器件的正向电流，所述正向偏压是所述二极管电路的所述输入端子和所述输出端子之间的正电压。

优选地，其中当反向偏压电压被施加到所述二极管电路时，所述N沟道耗尽型器件和所述P沟道耗尽型器件处于关断状态并抵抗穿过所述二极管器件的反向泄漏电流，所述反向偏压电压是所述二极管电路的所述输入端子和所述输出端子之间的负电压并且高于所述N沟道耗尽型器件和所述P沟道耗尽型器件两者的阈值电压。

优选地，其中当低于所述N沟道耗尽型器件的阈值电压和所述P沟道耗尽型器件的阈值电压的反向偏压电压被施加到所述二极管电路时，所述N沟道耗尽型器件和所述P沟道耗尽型器件处于导通状态并导通穿过所述二极管器件的反向泄漏电流。

优选地，其中所述N沟道耗尽型器件和所述P沟道耗尽型器件各自是金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET器件或结型场效应晶体管JFET器件。

优选地，其中所述N沟道耗尽型器件的栅极电耦合到所述二极管电路的所述输入端子，并且所述P沟道耗尽型器件的所述栅极电耦合到所述二极管电路的所述输出端子。

优选地，其中所述N沟道耗尽型器件具有电耦合到所述二极管器件的所述阴极的源极和在所述二极管电路的所述输出端子处的漏极，并且所述P沟道耗尽型器件具有电耦合到所述二极管器件的所述阳极的源极和在所述二极管电路的所述输入端子处的漏极。

根据本实用新型的另一个方面，提供有一种太阳能电池系统，包括：串联电耦合的多个太阳能电池；和与所述多个太阳能电池中的每一者并联电耦合的二极管电路，使得当太阳能电池被照射时，所述二极管电路被反向偏压并阻断电流，并且当所述太阳能电池被遮蔽时，所述二极管电路被正向偏压并传递电流以绕过所述太阳能电池，所述二极管电路包括：肖特基二极管，所述肖特基二极管具有阳极和阴极；N沟道耗尽型器件，所述N沟道耗尽型器件电耦合在所述肖特基二极管的所述阴极和所述二极管电路的输出端子之间；和P沟道耗尽型器件，所述P沟道耗尽型器件电耦合在所述肖特基二极管的所述阳极和所述二极管电路的输入端子之间。

优选地，其中：当所述二极管电路被正向偏压时，所述N沟道耗尽型器件、所述P沟道耗尽型器件和所述肖特基二极管处于导通状态；并且当所述二极管电路被反向偏压时，所述N沟道耗尽型器件、所述P沟道耗尽型器件和所述肖特基二极管处于关断状态。

附图说明

图1A和图1B是示出二极管电路及其操作的示意图。

图2是示出图1A和图1B所示的二极管电路的实施方式的示意图。

图3A示出了不具有耗尽器件的二极管电路。

图3B示出了具有耗尽器件的二极管电路的一种可能的实施方式。

图4是示出图3A和图3B的二极管电路的可能操作的图表。

图5A是为清楚起见示出图4的图表的缩放的第一部分的图表。

图5B是为清楚起见示出图4的图表的缩放的第二部分的图表。

图6是示出根据本公开的实施方式的用于减少泄漏电流的方法的流程图。

图7A和图7B是示出太阳能电池系统的可能实施方式中包括的二极管电路的示意图。

在附图中，相同的元件用相同的附图标记表示。

具体实施方式

二极管的操作基于施加到二极管的端子(即，阳极和阴极)的电压(即，偏压)。当施加到阳极的电压高于施加到阴极的电压时，二极管处于正向偏压(即，导通)条件。当施加到阴极的电压高于施加到阳极的电压时，二极管处于反向偏压(即，关断)条件。在正向偏压条件下，二极管导通电流(即，具有低电阻)。因此，二极管在导通条件下的操作可通过其正向电压降(即，正向电压)来表征。在反向偏压条件下，二极管抵抗电流的流动。因此，二极管在关断条件下的操作可通过其反向泄漏电流(即，泄漏电流、反向电流)来表征。

在一些应用中，诸如可能需要二极管的有效操作的那些应用中，期望处于关断条件下的泄漏电流和处于导通条件下的正向电压尽可能小。所公开的电路和技术可提供具有低正向电压和低反向泄漏电流的二极管操作。所公开的电路和技术可用任何类型的二极管(例如，PN半导体、PIN半导体、发光等)来实现，以限制反向泄漏电流，但当用肖特基二极管来实现时可提供进一步的优点。

肖特基二极管是具有低正向电压降(例如，低于0.5伏特)的金属半导体结型二极管。肖特基二极管的低正向电压对应于比传统(例如，半导体结型)二极管更少的能量耗散。正向偏压下的低能量耗散使得肖特基二极管适用于需要有效操作的应用，诸如在发电领域(例如，光伏阵列、电源能)中。

当反向偏压时，肖特基二极管可具有比对应的半导体结型二极管更高的泄漏电流(例如，大约10毫安(mA))。随着肖特基二极管的尺寸增加(例如，以承载更高的电流)，高泄漏电流问题变得更严重。这种趋势存在问题，因为增加肖特基二极管的尺寸通常会降低正向电压降。换句话讲，虽然可能期望增加肖特基二极管的尺寸来降低其正向电压降，但是这样可进一步增加相对高的泄漏电流。因此，由降低的正向电压降引起的任何效率增益都可能由于反向偏压条件中对应的泄漏增加而损失(例如，超过)。本文所述的电路和方法的实施方式通过促进二极管操作提供了对该技术问题的技术解决方案，该二极管操作在正向偏压条件下提供低(例如，低于0.5伏特)正向电压降并在反向偏压条件下提供低泄漏电流(例如，大约10毫安(μA))。

在单独操作的肖特基二极管中实现低正向电压和低反向泄漏电流可能是不可能的。因此，对于本文所述的实施方式，附加电路与肖特基二极管结合使用以在正向偏压时实现低电压降并在反向偏压时实现低泄漏电流。附加电路可与肖特基二极管结合使用，因为单独的肖特基二极管本身可能不会同时具有低正向电压和低反向泄漏电流。与肖特基二极管相关联的附加电路可被称为肖特基支持电路(即，支持电路)。肖特基二极管和肖特基支持电路可统称为肖特基二极管电路(即，二极管电路)。

本文所述的二极管电路可在反向偏压时具有(例如，同时具有)超低泄漏电流，并可在正向偏压时也具有低电压降。具体地讲，本文所述的二极管电路可包括耗尽型器件(如支持电路)，其耦合到肖特基二极管并且能够实现期望的低电压正向偏压操作和超低泄漏反向偏压操作。本文所述的二极管电路可与肖特基二极管相关联的电路形成对比，该电路具有各种模拟集成电路、有源电路等，其以不期望的方式消耗功率并且/或者可能不具有期望的正向电压降和反向偏压电流。

图1A和图1B是示出二极管电路100及其操作的示意图。如图1A和图1B所述，二极管电路100包括二极管器件DD以及耗尽器件D1和D2。二极管器件DD电耦合在耗尽器件D1和D2之间，该耗尽器件可被视为支持电路或可作为支持电路包括在内。二极管器件DD串联连接在耗尽器件D1,D2之间。在一些实施方式中，二极管器件DD可以是肖特基二极管和/或另一种类型的二极管。图1A示出了二极管电路100(和二极管器件DD)的正向偏压操作，并且图1B示出了二极管电路100(和二极管器件DD)的反向偏压操作。

当二极管电路100正向偏压时，如图1A所示，正向电流I1从端子T1(即，输入端子)流到端子T2(即，输出端子)。当端子T1处的电压(例如，电势)高于端子T2处的电压时，二极管电路100正向偏压。在该实施方式中，作为耗尽型器件的耗尽器件D1和D2两者通常处于导通状态(例如，常开型器件)，并且在二极管电路100正向偏压时导通。换句话讲，耗尽器件D1和D2不阻断(即，导通)正向电流I1穿过二极管器件DD在正向偏压方向(如图1A所示)上流动。

耗尽器件D1和D2可各自具有相对低的电阻。当二极管器件DD正向偏压时，耗尽器件D1和D2可具有相对于二极管器件DD的电阻而言的低导通电阻(例如，当处于导通状态时的电阻)。当正向偏压时，耗尽器件D1和D2可具有相对于二极管器件DD的电阻而言的低导通电阻，使得当二极管电路100正向偏压时，端子T1和T2之间的总电阻大致与单独的二极管器件DD的正向偏压电阻相同或仅比其大一小部分。

当二极管电路100反向偏压时，如图1B所述，基本上阻断电流从端子T2流到端子T1。当端子T2处的电压(例如，电势)高于端子T1处的电压时，二极管电路100反向偏压。当二极管电路100反向偏压时，耗尽器件D1和D2两者都处于关断状态(即，关断)并被阻断(例如，未导通)。换句话讲，耗尽器件D1和D2阻断电流穿过二极管器件DD在反向偏压方向上流动。

由于包含耗尽器件D1和D2，所以二极管器件DD可被制作成大于不含耗尽器件D1和D2。具体地讲，二极管器件DD二极管的尺寸可增加以在正向偏压时实现低正向电压。然而，耗尽器件D1和D2(其在反向偏压时可具有高阻抗)可缓和在反向偏压时原本可导致高泄漏电流的肖特基二极管的尺寸增加。

作为具体示例，二极管器件DD可具有毫安量级的泄漏电流(例如，1mA、10mA、50mA)。相比之下，处于关断状态的耗尽器件D1,D2的泄漏可显著更低(例如，低1000倍，微安量级(例如，10μA))。与二极管器件DD串联连接的处于关断状态(即，关断-泄漏)下的耗尽器件D1,D2的相对较低的泄漏电流可限制二极管电路100的整体泄漏。

可以各种方式实现耗尽器件。例如，耗尽器件可被实现为耗尽型金属氧化物半导体场效应晶体管(即，MOSFET)，或者耗尽器件可被实现为结型场效应晶体管(即，JFET)，其仅操作为耗尽器件。N沟道耗尽型MOSFET的操作类似于N沟道JFET的操作，并且P沟道耗尽型MOSFET的操作类似于P沟道JFET的操作。

对于N沟道耗尽型MOSFET，阈值电压为负(即，-V_T)。N沟道耗尽型MOSFET导通，使得当栅极和源极之间的电压(即，V_GS)为正时，存在非零漏极-源极(I_DS)电流。只有当V_GS为负(例如，-V_GS<-V_T)时，才会关断N沟道耗尽型MOSFET，使得I_DS被夹断。

对于P沟道耗尽型MOSFET，阈值电压为正(即，+V_T)。P沟道耗尽型MOSFET导通，使得当栅极和源极之间的电压(即，V_GS)为负，存在非零漏极-源极(I_DS)电流。只有当V_GS为正(例如，V_GS>V_T)时，才会关断P沟道耗尽型MOSFET，使得I_DS被夹断。

图2是示出图1A和图1B所示的二极管电路100的实施方式的示意图。如图2所示，二极管器件DD是肖特基器件S1，其具有阳极(例如，阳极端子)和阴极(例如，阴极端子)。耗尽器件D1是P沟道耗尽器件(例如，P型金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)器件、结型场效应晶体管(JFET)器件)，并且耗尽器件D2是N沟道耗尽型器件(例如，N型MOSFET器件、JFET器件)。N沟道耗尽型器件电耦合到肖特基器件的阴极，并且P沟道耗尽型器件电耦合到肖特基器件的阳极。

如图2所示，N沟道耗尽型器件(即，D2)具有电耦合到肖特基器件S1的阴极的源极S。N沟道耗尽型器件(即，D2)具有二极管电路100的端子T2(例如，输出端子)处的漏极D。P沟道耗尽型器件(即，D1)具有电耦合到肖特基器件的阳极的源极S。P沟道耗尽型器件(即，D1)具有二极管电路100的端子T1(例如，输入端子)处的漏极D。

N沟道耗尽型器件具有通过连接12电耦合到P沟道耗尽型器件的漏极D的栅极G，或者换句话说，N沟道耗尽型器件的栅极电耦合到二极管电路100的输入端子(T1)。P沟道耗尽型器件具有通过连接11电耦合到N沟道耗尽型器件的漏极D的栅极G，或者换句话说，P沟道耗尽型器件的栅极电耦合到二极管电路100的输出端子(T2)。

当负电压施加在二极管电路100的端子T1和端子T2之间时，N沟道耗尽型器件和P沟道耗尽型器件两者都处于关断状态。换句话讲，当二极管电路100的端子T2处的电压高于端子T1处的电压时，N沟道耗尽型器件和P沟道耗尽型器件两者都处于关断状态。在此类实施方式中，二极管电路100反向偏压。而且，在此类实施方式中，肖特基器件S1反向偏压。当负电压施加在二极管电路100的端子T1和端子T2之间时，两个耗尽型器件都处于关断状态，因为N沟道耗尽型器件的栅极-源极电压(V_GS)为负，并且P沟道耗尽型器件的V_GS为正。

当二极管电路100处于反向偏压模式时，N沟道耗尽型器件和P沟道耗尽型器件阻断二极管电路100的电流。换句话讲，当二极管电路100处于反向偏压模式时，N沟道耗尽型器件和P沟道耗尽型器件各自可具有高阻抗(例如，电阻)。当二极管电路100处于反向偏压模式时，相对于肖特基器件S1的阻抗(例如，电阻)，N沟道耗尽型器件和P沟道耗尽型器件可各自具有较高阻抗。由于N沟道耗尽型器件和P沟道耗尽型器件的高阻抗，二极管电路100可能不泄漏(例如，即使肖特基器件S1泄漏，也以不期望的方式泄漏)。在此类实施方式中，二极管电路100可基本上用作开放电路，因为泄漏非常低。

在一些实施方式中，可配置P沟道耗尽型器件和N沟道耗尽型器件，使得当端子T1和T2之间的负电压差高于目标电压(例如，二极管电路100的阈值电压)时，P沟道耗尽型器件和N沟道耗尽型器件两者都关断。在一些实施方式中，N沟道耗尽型器件和/或P沟道耗尽型器件的阈值电压(例如，阈值电压的绝对值)可大于1伏特(例如，2伏特、4伏特、8伏特)。在一些实施方式中，当处于反向偏压模式时，端子T1和T2之间的负电压差应足够高(例如，相对于阈值电压)，以断开P沟道耗尽型器件和N沟道耗尽型器件两者。

当正电压施加在二极管电路100的端子T1和端子T2之间时，N沟道耗尽型器件和P沟道耗尽型器件两者都处于导通状态。换句话讲，当二极管电路100的端子T1处的电压高于端子T2处的电压时，N沟道耗尽型器件和P沟道耗尽型器件两者都处于导通状态。在此类实施方式中，二极管电路100正向偏压。而且，在此类实施方式中，肖特基器件S1正向偏压。当正电压施加在端子T1和端子T2之间时，N沟道耗尽型器件和P沟道耗尽型器件允许电流流过二极管电路100。

N沟道耗尽型器件和P沟道耗尽型器件可被配置为在它们各自的沟道上具有非常低的电压降。具体地讲，N沟道耗尽型器件和P沟道耗尽型器件可被配置为在它们各自的沟道上具有相对于肖特基器件S1而言相对较低的电压降。由于当二极管电路100正向偏压时N沟道耗尽型器件和P沟道耗尽型器件导通并且具有低电阻，所以二极管电路100作为肖特基二极管。当二极管电路100正向偏压时，肖特基器件S1也正向偏压，并且是二极管电路100的主要器件。

如上所述，由于包含N沟道耗尽型器件和P沟道耗尽型器件，所以肖特基器件S1可被制作成大于以其他方式可能的情况，因为N沟道耗尽型器件和P沟道耗尽型器件补偿肖特基器件S1的反向偏压泄漏问题。换句话讲，添加N沟道耗尽型器件和P沟道耗尽型器件允许使用更大的肖特基二极管，以减少正向电压，同时仍然减少反向泄漏。

为了帮助理解，模拟和比较了两个示例二极管电路。图3A和图3B示意性地示出了两个示例二极管电路。利用单个肖特基二极管的二极管电路300如图3A所述，并且所公开的利用肖特基二极管和耗尽器件的组合的二极管电路100如图3B所示。选择图3A中的肖特基二极管310以提供小的泄漏电流，而选择图3B中的肖特基二极管320以提供小的正向电压降(和大的正向电流)。因此，图3A的二极管电路的肖特基二极管310小于图3B的二极管电路的肖特基二极管320。图3B的二极管电路100利用P型耗尽型MOSFET 331和N型耗尽型MOSFET330。每个MOSFET具有阈值电压V_T(例如，±8V)，器件在该阈值电压处导通/关断。

模拟两个电路以示出图3A和图3B中限定的极性的电流和电压。模拟结果如图4所示。在图4中，图3A的二极管电路300示出为虚线401，而图3B的二极管电路100示出为实线402。如图所示，两个二极管电路在对应于正向偏压条件410的施加电压(即，V_IN)范围下导通电流。由于实施方式之间的尺寸差异，图3B的二极管电路的正向电流可更大。如所提及的，图3B的肖特基二极管320大于图3A的肖特基二极管310。在正向偏压条件410(即，导通状态)下，较大的尺寸对应于较低的电阻，其继而对应于图3B的二极管电路100两端的较低的正向电压降。处于导通状态的所公开的二极管电路100的该操作对于需要高电流的有效导通的应用是有利的。

期望较小的肖特基二极管310比较大的肖特基二极管320具有更小的泄漏电流。图4所示的模拟结果示出了零伏(0V)和耗尽型器件的阈值电压(V_T)(例如，8V)之间的所施加电压(V_IN)的范围的这种关系。在该范围内，肖特基二极管反向偏压(即，高电阻)但P型耗尽型MOSFET 331和N型耗尽型MOSFET 330仍然在导通状态下导通，因为每个栅极处的电压未超出器件的阈值电压。因此，在V_IN的该范围内，可以说二极管电路100对应于部分反向偏压条件420，并且泄漏电流由肖特基二极管320限制(即，设定)。在部分反向偏压条件420下，图3A的较小肖特基二极管310的泄漏电流(即，由虚线401表示)小于图3B的较大肖特基二极管320。

图5A为清楚起见示出了图4的一部分430。如图所示，当单独操作时，较大的肖特基二极管在对应于正向偏压操作(即，图3A、图3B中所示的极性的负电压)的范围410中为V_IN提供更多电流，但对于对应于部分反向偏压420操作的范围420中的V_IN具有更多的泄漏电流。例如，图3A的二极管电路300的泄漏电流可以是10mA，而在部分反向偏压条件下图3B的二极管电路的泄漏电流可以是该量的10倍以上(例如，>100mA)。

返回图4，随着施加的电压V_IN增加(即，随着反向偏压增加)，P型耗尽型MOSFET 331和N型耗尽型MOSFET 330从高导通模式(即，导通)改变为(即，切换为、变为)高电阻模式(即，关断)，由此将二极管电路100的电阻增加到泄漏电流(即，-I)。如图4所示，对于位于V_T附近及更高的电压范围内的V_IN，两个耗尽型器件被切换为关断以进一步减少泄漏电流。因此，在该范围440内的V_IN，可以说二极管电路100完全反向偏压，并且泄漏电流由肖特基二极管320、P型耗尽型MOSFET 331和/或N型耗尽型MOSFET 330限制(即，设定)。

图5B为清楚起见示出了图4的一部分450。泄漏电流可由处于关断状态的耗尽器件的泄漏限制，该泄漏电流可比肖特基二极管310(即，较小的肖特基二极管)的泄漏电流低1000倍。例如，图3A的二极管电路300的泄漏电流可以是10mA，而在完全反向偏压条件下图3B的二极管电路的泄漏电流可以是10微安(μA)或更低。换句话讲，当耗尽型器件处于关断状态时，穿过肖特基二极管的反向泄漏电流可减少至少100倍。

图3B的二极管电路100有助于使用较大的肖特基二极管以在正向偏压条件下提供有效和高电流操作，而无需牺牲泄漏电流的电阻(只要反向偏压电压高于阈值电压)。耗尽型器件可具有相同的阈值或者不同的阈值。对于每个耗尽器件的阈值电压不同的实施方式，当反向偏压电压高于两个不同阈值电压中的较高值时，满足完全反向偏压条件，使得器件都处于关断条件下。

用于减少泄漏的方法如图6所示。方法600开始于施加610电压(例如，V_IN)以反向偏压二极管电路中的肖特基二极管，诸如图3B所示。随后将所施加的电压增加620到高于阈值(例如，V_T)，以关断630二极管电路中的耗尽型器件(即，将耗尽型器件置于关断条件)。随后使用关断条件下的耗尽型器件的电阻来减少640穿过反向偏压肖特基二极管的泄漏电流。

用于减少二极管电路中的反向泄漏电流的方法可包括向二极管电路的端子施加反向偏压电压。反向偏压电压生成穿过二极管的反向泄漏电流，该二极管电耦合在二极管电路中的一对耗尽型器件之间。该方法还可包括将施加到二极管电路的反向偏压电压增加到处于或高于阈值电压的电压，以将二极管电路中的该对耗尽型器件配置成关断状态(即，将耗尽型器件关断)。该方法还可包括使用处于关断状态的耗尽型器件阻断反向泄漏电流，以减少二极管电路中的反向泄漏电流。在该方法的可能的实施方式中，该对耗尽型器件可包括N沟道耗尽型器件和P沟道耗尽型器件。

可受益于本文所公开的电路和方法的一个系统是太阳能电池系统(例如，太阳能电池板)。例如，所公开的二极管电路可用作旁路二极管，以允许一系列串联连接的太阳能电池即使在一个或多个太阳能电池被遮蔽时也可安全地(例如，没有损坏地)供电。太阳能电池也可被称为光伏电池单元。

当暴露于(即，被…照射、照射有)光(例如，太阳光)时，一串(也可被称为阵列、系列或组)中的每个太阳能电池生成电压并产生电流。然而，如果太阳能电池中的一者(或多者)被遮蔽(即，被阻断或衰减曝光)，则其电压下降并且不是充当电流源，而是充当接收器。当发生这种情况时，可能会损坏太阳能电池板。为了防止损坏，太阳能电池板可利用与每个太阳能电池并联连接的旁路二极管。旁路二极管通常在反向偏压条件下操作并对太阳能电池、太阳能电池串或太阳能电池板的操作几乎没有(或没有)影响。旁路二极管可正向偏压以使串中的太阳能电池短路，使得当太阳能电池的电压下降(即，由于遮蔽)时，其被有效地从串中移除。期望旁路二极管有效地操作以防止太阳能电池系统中损耗的显著累积。所公开的电路和技术提供了具有用于太阳能电池系统的有效操作的二极管电路。

图7A和图7B是示出太阳能电池系统700中包括的二极管电路S1至SN的示意图。二极管电路S1至SN(其可统称为二极管电路S)被包括作为太阳能电池旁路电路的一部分，以绕过太阳能电池系统700内的太阳能电池PV1至PVN(其可统称为太阳能电池PV)中的一者或多者。具体地讲，二极管电路S用于太阳能电池系统中，以在其无效(例如，被遮蔽)时绕过特定的太阳能电池。绕过无效的太阳能电池PV可减少功率浪费并且可提高太阳能电池系统700的效率。

在该实施方式中，二极管电路S中的每一者对应于(例如，并联连接到)太阳能电池PV。虽然未示出二极管电路S的各个部件，但二极管电路S中的每一者的取向(正向偏压取向、反向偏压取向)由二极管电路S中的每一者所示的肖特基二极管符号示出。在一些实施方式中，太阳能电池PV中的每一者可包括多个电池。在一些实施方式中，当有效或发电时，太阳能电池PV中的一者或多者(或其集合)可被配置为产生几伏特到几十伏特之间的电压(例如，在例如12V至40V之间)。

如图7A所示，所有太阳能电池PV都是有效的，所以没有太阳能电池被绕过。电流沿着第一路径710流过太阳能电池PV，因为太阳能电池PV中的每一者处于发电机(例如，发电)模式。二极管电路S反向偏压，因为由于太阳能电池PV的对应一者产生的电压，各个二极管电路S中的每一者的端子两端的电压为负。因此，由太阳能电池系统700内的二极管电路S中的每一者提供的旁路保护处于待机状态。例如，太阳能电池PV2产生电压，其中U2处的电压高于电压U1。因此，二极管电路S2反向偏压并不导通电流。二极管电路S2内的常开型耗尽型器件被切换为关断。

如图7B所示，太阳能电池PV2 705中的一者是无效的(例如，变为电阻模式，响应于被遮蔽而变为电阻模式)，如由X所示。电流沿着第二路径720流过太阳能电池PV的子集并流过二极管电路S的子集。具体地讲，使用二极管电路S2 715绕过太阳能电池PV2。除了二极管电路S2之外，所有的二极管电路S都反向偏压，因为由于对应的太阳能电池PV2两端的电压(或缺少电压)，所以各个二极管电路S2的端子两端的电压为正。具体地讲，太阳能电池PV2705在U1和U2之间不产生电压差，或者产生非常低的电压差。因此，二极管电路S2 715正向偏压(默认)并导通电流以绕过太阳能电池PV2。二极管电路S2内的常开型耗尽型器件将导通。当二极管电路S2处于正向偏压模式时，二极管电路S2在太阳能电池PV2周围分流。

每个二极管电路可包括耗尽型器件，当太阳能电池两端的电压高于阈值时，该耗尽型器件反向偏压。例如，当太阳能电池有效或发电时，其可产生大约12至40伏特(V)的电压。对于在12伏特处操作的太阳能电池，耗尽型器件具有约-8伏特的阈值电压V_T。如果二极管电路正向偏压，则耗尽型器件可具有约8V的V_GS-V_T值，这足以以低电阻和低电压降导通耗尽型器件。如果二极管电路反向偏压，则耗尽型器件可具有约-4V的V_GS-V_T值，这足以以高电阻和低泄漏电流将其完全关断。

将理解，在前述描述中，当元件被提及为在另一个元件上、连接到另一个元件、电连接到另一个元件、耦接到另一个元件或电耦接到另一个元件时，该元件可以是直接地在另一个元件上、连接或耦接到另一个元件，或可以存在一个或多个中间元件。相反，当元件被提及直接在另一个元件上、直接连接到另一个元件、或直接耦接到另一个元件时，不存在中间元件。虽然在整个详细描述中可能不会通篇使用术语直接在…上、直接连接到…、或直接耦接到…，但是被示为直接在元件上、直接连接或直接耦接的元件可以此类方式提及。本申请的权利要求书(如果存在的话)可被修订以叙述在说明书中描述或者在附图中示出的示例性关系。

如在本说明书中所使用的，除非根据上下文明确地指出特定情况，否则单数形式可包括复数形式。除了附图中所示的取向之外，空间相对术语(例如，在…上方、在…上面、在…之上、在…下方、在…下面、在…之下、在…之以下等等)旨在涵盖器件在使用或操作中的不同取向。在一些实施方式中，在…上面和在…下面的相对术语可分别包括竖直地在…上面和竖直地在…下面。在一些实施方式中，术语邻近可包括横向邻近或水平邻近。

本文所述的各种技术的实施方式可在数字电子电路中、计算机硬件、固件、软件中或它们的组合中实现(例如，包括在其中)。本文所述的各种技术的实施方式可在专用逻辑电路中实现，例如ASIC(专用集成电路)。

一些实施方式可使用各种半导体处理和/或封装技术来实现。一些实施方式可使用与半导体衬底相关联的各种类型的半导体处理技术来实现，该半导体衬底包括但不限于，例如硅(Si)、砷化镓(GaAs)、氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)等。

虽然所描述的实施方式的某些特征已经如本文所述进行了说明，但是本领域技术人员现在将想到许多修改形式、替代形式、变化形式和等同形式。因此，应当理解，所附权利要求书旨在涵盖落入实施方式的范围内的所有此类修改形式和变化形式。应当理解，这些修改形式和变化形式仅仅以示例的方式呈现，而不是限制，并且可以进行形式和细节上的各种改变。除了相互排斥的组合以外，本文所述的装置和/或方法的任何部分可以任意组合进行组合。本文所述的实施方式可包括所描述的不同实施方式的功能、部件和/或特征的各种组合和/或子组合。

Claims (10)

1.一种二极管电路，包括：

二极管器件，所述二极管器件具有阳极和阴极；

N沟道耗尽型器件，所述N沟道耗尽型器件电耦合在所述二极管器件的所述阴极和所述二极管电路的输出端子之间；以及

P沟道耗尽型器件，所述P沟道耗尽型器件电耦合在所述二极管器件的所述阳极和所述二极管电路的输入端子之间。

2.根据权利要求1所述的二极管电路，其中所述二极管器件是肖特基二极管。

3.根据权利要求1所述的二极管电路，其中当正向偏压电压被施加到所述二极管电路时，所述N沟道耗尽型器件和所述P沟道耗尽型器件处于导通状态并导通穿过所述二极管器件的正向电流，所述正向偏压是所述二极管电路的所述输入端子和所述输出端子之间的正电压。

4.根据权利要求1所述的二极管电路，其中当反向偏压电压被施加到所述二极管电路时，所述N沟道耗尽型器件和所述P沟道耗尽型器件处于关断状态并抵抗穿过所述二极管器件的反向泄漏电流，所述反向偏压电压是所述二极管电路的所述输入端子和所述输出端子之间的负电压并且高于所述N沟道耗尽型器件和所述P沟道耗尽型器件两者的阈值电压。

5.根据权利要求1所述的二极管电路，其中当低于所述N沟道耗尽型器件的阈值电压和所述P沟道耗尽型器件的阈值电压的反向偏压电压被施加到所述二极管电路时，所述N沟道耗尽型器件和所述P沟道耗尽型器件处于导通状态并导通穿过所述二极管器件的反向泄漏电流。

6.根据权利要求1所述的二极管电路，其中所述N沟道耗尽型器件和所述P沟道耗尽型器件各自是金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET器件或结型场效应晶体管JFET器件。

7.根据权利要求1所述的二极管电路，其中所述N沟道耗尽型器件的栅极电耦合到所述二极管电路的所述输入端子，并且所述P沟道耗尽型器件的所述栅极电耦合到所述二极管电路的所述输出端子。

8.根据权利要求1所述的二极管电路，其中所述N沟道耗尽型器件具有电耦合到所述二极管器件的所述阴极的源极和在所述二极管电路的所述输出端子处的漏极，并且所述P沟道耗尽型器件具有电耦合到所述二极管器件的所述阳极的源极和在所述二极管电路的所述输入端子处的漏极。

9.一种太阳能电池系统，包括：

串联电耦合的多个太阳能电池；和

与所述多个太阳能电池中的每一者并联电耦合的二极管电路，使得当太阳能电池被照射时，所述二极管电路被反向偏压并阻断电流，并且当所述太阳能电池被遮蔽时，所述二极管电路被正向偏压并传递电流以绕过所述太阳能电池，所述二极管电路包括：

肖特基二极管，所述肖特基二极管具有阳极和阴极；

N沟道耗尽型器件，所述N沟道耗尽型器件电耦合在所述肖特基二极管的所述阴极和所述二极管电路的输出端子之间；和

P沟道耗尽型器件，所述P沟道耗尽型器件电耦合在所述肖特基二极管的所述阳极和所述二极管电路的输入端子之间。

10.根据权利要求9所述的太阳能电池系统，其中：

当所述二极管电路被正向偏压时，所述N沟道耗尽型器件、所述P沟道耗尽型器件和所述肖特基二极管处于导通状态；并且

当所述二极管电路被反向偏压时，所述N沟道耗尽型器件、所述P沟道耗尽型器件和所述肖特基二极管处于关断状态。