接线盒系列③｜旁路二极管：发热、漏电与热失控，一次讲透
导读
导通会发热，截止会漏电，高温下还可能热失控——讲透旁路二极管的工作机理、失效模式和大电流时代的三条出路。这是接线盒系列的第三篇（基础认知篇·旁路二极管专题）。
前两篇我们反复提到一个结论：接线盒的设计，散热是主线。而这条主线的源头，就是那颗小小的旁路二极管。
它平时不工作，一工作就是全盒最大的热源；它失效时悄无声息，后果却是组件直接丢掉三分之一的功率，甚至把热斑的保护一并带走。
这一篇我们专门讲它：它为什么发热？为什么会热失控？大电流时代该怎么办？
01两种状态，都在发热
旁路二极管只有两种工作状态：正向导通和反向截止。很多人只关注导通时的发热，其实截止状态同样有功耗，只是平时小到可以忽略。
图1 二极管的三种工况与发热量
- 正向导通：电池被遮挡时，二极管流过接近组件短路电流的电流，发热功率等于电流乘以正向压降。这是最大的热源。
- 反向截止 · 常温：正常发电时，二极管承受子串电压，只有极小的漏电流，功耗可以忽略。
- 反向截止 · 高温：刚结束导通、芯片还很烫的时候，漏电流会成百上千倍地增大，功耗不再可以忽略。
第三种工况最容易被忽视，却恰恰是热失控的起点。先记住它，后面细讲。
02为什么选肖特基
肖特基二极管的优点和缺点，来自同一个物理根源：势垒低。
普通二极管是 PN 结，肖特基二极管是金属与半导体接触形成的结。它的势垒更低，所以：
图2 肖特基与普通二极管的特性对比
- 正向压降低：肖特基约 0.3~0.5 V，普通二极管约 0.7~1.0 V。同样的电流，发热少一半左右。
- 反向漏电流大：比普通二极管高出几个数量级，而且随温度近似指数上升，经验上大约每升高 10℃ 左右翻一倍（具体以器件规格书为准）。
对旁路二极管来说，导通发热是头号矛盾，所以行业选择了肖特基，同时接受了漏电流大这个代价。后面所有的麻烦，几乎都是这个代价带来的。
更麻烦的是，在同一类器件里，这两个参数还互相牵制：把正向压降做得越低，漏电流往往越大。只盯着压降选型，是在给热失控埋雷。
03读懂规格书：结温才是核心
二极管的所有参数，最终都要落到一个量上：结温 Tj，也就是芯片内部的实际温度。它不能直接测量，工程上常用壳温来推算：
Tj = Tc + P × Rth(j-c)
Tc：壳温，用热电偶在二极管外壳上测得；
P：二极管的发热功率，导通时等于电流乘以压降；
Rth(j-c)：结到壳的热阻，由封装决定，规格书上给出。
假设试验中测得壳温 150℃，通过电流 15 A，高温下正向压降 0.40 V，结壳热阻 2℃/W：
发热功率 P = 15 × 0.40 = 6 W；
结温 Tj = 150 + 6 × 2 = 162℃。
如果器件的最高结温是 200℃，余量还有 38℃；如果是 175℃，余量就只剩 13℃。
从这个公式能读出三条降低结温的路：
| 手段 | 对应公式里的 | 具体做法 |
|---|---|---|
| 降低壳温 | Tc | 加大铜端子、用导热灌封胶、分体式结构 |
| 降低发热 | P | 选压降更低的器件，或换低损耗方案 |
| 降低热阻 | Rth(j-c) | 从轴向封装换成贴片或模块封装 |
表1 降低结温的三条路
第一，额定电流通常是在某个壳温下标定的，温度越高允许的电流越小，要看降额曲线而不是只看标称值。第二，正向压降随温度升高而降低，漏电流随温度升高而增大，常温数据好看不代表高温下安全。
04标准怎么考核它
针对旁路二极管，标准里有两类专门的试验，分别对应“导通时扛不扛得住”和“切回截止时稳不稳得住”。
IEC 61215：旁路二极管试验（MQT 18）
- 热性能试验（MQT 18.1）：先在 30、50、70、90℃ 下用脉冲电流标定二极管正向压降与结温的关系；再把组件加热到 75±5℃，通入等于 STC 短路电流的正向电流 1 小时，由测得的正向压降推算结温，结温不得超过器件厂商给出的最高结温；随后把电流提高到 1.25 倍短路电流再保持 1 小时，二极管仍须正常工作。
- 功能性试验（MQT 18.2）：验证二极管在热性能试验及其他应力试验后，仍然能够正常导通，没有开路。
需要注意，现行 IEC 61215-2:2021 是用“正向压降标定法”推算结温，而不是直接测壳温；上一节的壳温公式更适合工程估算和设计校核。此外，IEC 62790:2020 在接线盒层面也新增了旁路二极管热测试和反向过载电流测试。
IEC 62979：热失控试验
这项试验模拟的正是“遮挡突然消失”的场景：在高温环境下先让二极管正向导通、充分发热，然后迅速切换为反向偏置，观察它的温度是逐渐回落，还是持续上升。持续上升，就是热失控。该标准主要针对肖特基二极管，PN 结二极管可以豁免。
两项试验考的是两件不同的事。通过了热性能试验，不代表不会热失控——前者看的是导通时的结温，后者看的是切回截止后的稳定性。
05热失控：最隐蔽的杀手
现在回到第一节留下的那个问题。遮挡消失的瞬间，会发生什么？
图3 热失控：一个自我加速的正反馈
二极管刚刚结束导通，芯片温度可能还在 150℃ 以上，子串电压就已经重新加在它两端。此时漏电流很大，反向功耗随之变大。如果这份发热超过了接线盒的散热能力，芯片温度不降反升，漏电流进一步增大——一个自我加速的正反馈就此形成，直到芯片击穿。
会不会失控，取决于一场赛跑
图4 发热与散热的赛跑：临界温度
把“漏电流发热”和“散热能力”画在同一张图上，就能看清这场赛跑：
- 两条曲线：散热能力随温度大致线性增加；漏电流发热随温度指数增加。
- 临界温度：两条线的上交点对应一个临界温度。低于它，散热占上风，芯片会慢慢冷却回稳定点；高于它，发热占上风，温度一路上升。
- 关键在哪：切回截止的那一刻，结温在临界温度的哪一侧。
哪些情况更容易失控
| 因素 | 影响 | 典型场景 |
|---|---|---|
| 器件漏电流大 | 发热曲线整体抬高，临界温度降低 | 片面追求低压降的器件 |
| 散热差 | 散热线变平，临界温度降低 | 盒体小、铜片薄、灌封胶导热差 |
| 环境温度高 | 散热线整体右移，余量变小 | 屋顶、建筑一体化、高温地区 |
| 反向电压高 | 同样漏电流下发热更多 | 单个子串电池片数多的版型 |
表2 更容易发生热失控的情形
热失控之所以隐蔽，是因为它不发生在遮挡期间，而是发生在遮挡结束之后；不发生在常温实验室里，而是发生在夏天正午的屋顶上。
06两种失效模式
旁路二极管的失效，最终表现为两种形态：
| 对比项 | 短路失效 | 开路失效 |
|---|---|---|
| 常见原因 | 热失控、过热击穿、静电或雷击浪涌 | 焊点脱开、引脚断裂、过流烧断 |
| 平时表现 | 对应子串被短接，组件功率和开路电压各降约 1/3 | 没有任何异常 |
| 隐藏风险 | 子串电流持续流过损坏的二极管，接线盒长期发热 | 一旦出现遮挡，热斑失去保护 |
| 发现手段 | 测开路电压、I-V 曲线、红外热成像 | 常规检测难以发现，需专门的功能测试 |
表3 旁路二极管的两种失效模式
短路失效看得见，损失的是发电量；开路失效看不见，埋下的是安全隐患。后者更值得警惕。
第三方测试的数据也说明这不是小概率问题。Kiwa PVEL 2026 年可靠性记分卡显示，过去一年中 17% 的参测厂家至少出现过一次旁路二极管失效，21% 的厂家出现过接线盒相关失效；该机构在热循环和机械应力序列后检查二极管功能，记分卡中还记录了仅经过 TC200 就因短路导致二极管/接线盒熔化的案例。
肖特基二极管对静电和电压浪涌比较敏感。生产环节的静电防护不到位、电站遭遇雷击感应过电压，都可能造成芯片损伤。这类损伤有时不会立刻失效，而是表现为漏电流变大——等于提前把器件推向了热失控的边缘。
07大电流时代的三条出路
组件电流从 9 A 走到 15 A、18 A 甚至更高，双面组件还要叠加背面增益。导通发热与电流成正比，旁路二极管的压力只增不减。行业的应对大致有三条路。
出路一：更好的肖特基
在芯片层面，沟槽结构的肖特基能在较低压降下把漏电流控制得更好；在封装层面，从贴片走向模块，把芯片直接做在大面积铜框架上，降低结壳热阻。这是成本最低、也是目前最主流的路线。
出路二：更强的散热
上一篇讲过的几项结构和材料选择——分体式布局、更大更厚的铜端子、导热系数更高的灌封胶——都是在降低壳温。它不改变发热量，但能把热量更快地带走。
出路三：换一种器件
用 MOSFET 加控制电路来代替二极管，是从根上减少发热的思路。MOSFET 导通时相当于一个毫欧级的电阻，以 4 mΩ、15 A 计，压降只有约 60 mV。
图5 三种旁路方案的导通发热对比
按 15 A 估算，肖特基发热约 6.8 W，MOSFET 方案不到 1 W，相差近一个数量级。同时它没有肖特基那样的高温漏电问题，热失控风险也大幅降低。
但它不是没有代价：
- 成本高：一颗二极管变成了一套电路。
- 复杂度高：多了控制芯片和外围元件，每一个都是新的失效点，都要经受 25 年以上的户外考验。
- 验证积累少：与用了几十年的肖特基相比，长期可靠性数据还不够充分。
| 对比项 | 肖特基（模块封装） | MOSFET 低损耗方案 |
|---|---|---|
| 导通发热 | 较高 | 低一个数量级 |
| 高温漏电 | 明显，有热失控风险 | 很小 |
| 成本 | 低 | 高 |
| 电路复杂度 | 单一器件 | 器件 + 控制电路 |
| 应用成熟度 | 主流方案 | 逐步导入，多见于智能接线盒 |
表4 肖特基与 MOSFET 低损耗方案对比
现阶段的主流仍然是前两条路的组合：更好的肖特基，配上更强的散热。第三条路随着电流继续增大和成本下降，值得持续关注。
08选型与来料检验的六条建议
- 一起评估：看正向压降的同时，必须看高温下的漏电流曲线，两者要一起评估。
- 按降额核算：额定电流按高温降额曲线核算，不按常温标称值。
- 留足余量：结温余量要留足，并按组件最大短路电流的版型来核算，双面组件要计入背面增益。
- 两项都做：热性能试验和热失控试验都要做，并选最恶劣的组合：电流最大的版型配散热最差的盒型。
- 看分布：关注批次一致性，抽测正向压降和漏电流的分布，而不只是平均值。
- 防静电：生产全流程落实静电防护，把漏电流异常作为来料和过程监控项。
09写在最后
1. 旁路二极管在导通和截止两种状态下都发热，高温下的反向漏电是容易被忽视的一项。
2. 选肖特基是为了低压降，代价是漏电流大；压降和漏电流互相牵制，不能只看一头。
3. 一切参数最终落到结温上，降壳温、降发热、降热阻是三条路。
4. 热失控发生在遮挡结束之后，取决于切回截止时结温是否超过临界温度。
5. 开路失效比短路失效更隐蔽、更危险。
6. 大电流时代的出路：更好的肖特基、更强的散热、低损耗的 MOSFET 方案。
一颗二极管牵动的是整个接线盒的热设计。把它讲清楚，接线盒的很多设计选择也就顺理成章了。
下一篇，接线盒系列④将讲连接器与线缆：接触电阻、互插风险与压接质量，电站火灾的高发点到底出在哪。
你们在旁路二极管选型或失效分析中踩过哪些坑？欢迎与我们交流。
参考资料
- IEC 61215-2:2021 地面用光伏组件 设计鉴定和定型 第2部分：试验程序（MQT 18 旁路二极管试验）
- IEC 62979:2017 光伏组件 旁路二极管 热失控试验
- IEC 62790:2020 光伏组件用接线盒 安全要求和试验
- Sinovoltaics：IEC 61215 MQT 18: Bypass Diode Testing for Solar Modules，https://sinovoltaics.com/learning-center/testing/iec-61215-mqt-18-bypass-diode-testing-for-solar-modules/
- Kiwa PVEL：2026 PV Module Reliability Scorecard – Failures，https://2026scorecardsbx.pvel.com/failure
- TÜV Rheinland：Update on standard: revised junction box standard IEC 62790:2020，https://insights.tuv.com/blog/update-on-standard-revised-junction-box-standard-iec-627902020
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