Ako fungujú diódy v systémoch energetickej spätnej väzby?

一, Technické vlastnosti diód: fyzikálny základ pre energetickú spätnú väzbu
Dióda je štruktúra PN prechodu tvorená polovodičom typu P- a polovodičom typu N{1}} a jej základné charakteristiky zahŕňajú:

Jednosmerná vodivosť: Vedie, keď je predpätá dopredu (s vodivým napätím približne 0,6-0,7V pre kremíkové tranzistory a 0,2-0,5V pre Schottkyho diódy) a vypne sa pri spätnom predpätí (s prítomným iba spätným únikovým prúdom na úrovni mikroampérov).
Schopnosť rýchleho spínania: Čas spätného zotavenia Schottkyho diód sa blíži k nule a čas spätného zotavenia diód z karbidu kremíka (SiC) možno skrátiť na menej ako 10 nanosekúnd.
Charakteristiky napäťového a prúdového odporu: Diódy priemyselnej triedy vydržia tisíce voltov a majú prechodový prúdový odpor presahujúci stovky ampérov.
Tieto vlastnosti mu umožňujú vykonávať tri základné funkcie v systémoch energetickej spätnej väzby:

Rektifikácia: Počiatočný proces premeny striedavého prúdu na jednosmerný prúd na dosiahnutie energetickej spätnej väzby;
Trvalý prúd: V motorovom pohone alebo obvodoch meniča poskytuje prúdovú dráhu pre indukčné záťaže, aby sa zabránilo napäťovým špičkám;
Ochrana: Izolujte spätné napätie, aby ste zabránili nárazu na zariadenie na strane napájania počas procesu energetickej spätnej väzby.
2, Typické aplikačné scenáre: od nových energetických vozidiel po priemyselné skladovanie energie
1. Nový systém rekuperácie energie pri brzdení vozidla
Počas procesu brzdenia elektrických vozidiel sa motor náboja kolesa prepne z jazdného režimu do generujúceho režimu, pričom vytvára troj{0}}fázový striedavý prúd. V tomto bode mostík diódového usmerňovača (zvyčajne zložený zo 6 diód) premieňa striedavý prúd na jednosmerný prúd, ktorý je potom zosilnený meničom a nabíjaný do napájacej batérie. Logika práce je nasledovná:

Energy management strategy: The brake controller dynamically adjusts the recovery intensity based on the battery SOC (remaining charge). When SOC>80 %, zrušiť rekuperáciu energie; Keď SOC<70%, full power recovery occurs.
Požiadavky na výber diódy: Použite Schottkyho diódy alebo SiC diódy s nízkym poklesom napätia v priepustnom smere, aby ste znížili straty vo vedení. Napríklad po použití SiC Schottkyho diód v určitom modeli auta sa účinnosť rekuperácie brzdenia zvýšila o 3 % a dojazd sa zvýšil o 5 kilometrov.
Návrh tepelného manažmentu: Za podmienok vysokého prúdu by obal diódy mal prijať štruktúru s nízkou tepelnou odolnosťou TO-247 alebo DFN8 × 8 v kombinácii so systémom chladenia kvapalinou, aby sa zabezpečila teplota spojenia menšia alebo rovná 150 stupňom.
2. Jednotka energetickej spätnej väzby pre priemyselné frekvenčné meniče
Počas fázy spomalenia zariadení, ako sú výťahy a žeriavy, je motor v generujúcom stave a generovaná elektrická energia je privádzaná späť do kondenzátora jednosmernej zbernice cez mostík diódového usmerňovača. Ak je energia prebytočná, kombinácia IGBT a diódy v IPM (inteligentnom napájacom module) sa použije na premenu jednosmerného prúdu na striedavý a jeho napájanie späť do siete. Medzi jeho technologické prednosti patrí:

Efektívne usmernenie: pomocou rýchloobnoviteľných diód (FRD) alebo SiC diód sa reverzná doba zotavenia skráti na 1/10 tradičných kremíkových trubíc a spínacia strata sa zníži o 70 %.
Riadenie synchronizácie siete: Pomocou technológie fázového{0}}uzamykania (PLL) sa spätnoväzbový prúd a sieťové napätie synchronizujú vo frekvencii a fáze s účinníkom väčším alebo rovným 0,99.
Ochranný mechanizmus: Dióda TVS (prechodné napätie) upína napäťové špičky, aby sa zabránilo poškodeniu zariadenia spôsobenému úderom blesku alebo prepätím.
3. Obojsmerný menič pre elektráreň na akumuláciu energie
V scenári odstraňovania špičiek v elektrickej sieti dosahuje systém skladovania energie prepínanie nabíjania prostredníctvom obojsmerných DC/DC konvertorov. Dióda hrá v tomto procese dvojakú úlohu:

Režim nabíjania: Ako súčasť usmerňovača premieňa striedavý prúd na jednosmerný prúd a ukladá ho do batérie;
Režim vybíjania: Ako voľnobežná dióda poskytuje prúdovú cestu pre obvod meniča, aby sa zabezpečil hladký výstup energie.
Ak si vezmeme ako príklad 20-stopový zásobníkový systém na ukladanie energie, jeho BMS (Battery Management System) používa 1600-1800 TVS a Schottkyho diódy na vyváženie batérie, ochranu pred prepätím a spätné pripojenie. Po použití diód Trench Schottky sa účinnosť systému zvýšila o 0,4% a ročná úspora energie jedného boxu presiahla 1000 kWh.