Aké sú rôzne úlohy diód v meničoch s úplným mostom a polomostom?

1, Topologické rozdiely určujú základné funkčné umiestnenie diód
(1) Minimalistická architektúra polovičného mostíkového meniča a úloha diódového jadra
Invertor s polovičným mostíkom využíva štruktúru s dvojitým prepínačom a dvojitou diódou a strana DC tvorí dva potenciálne body ± Vdc/2 prostredníctvom rozdelenia napätia kondenzátora. Ak vezmeme ako príklad indukčné záťaže, keď je horný prepínač ramena mostíka M1 zapnutý, prúdová dráha je Vdc/2 → M1 → záťaž → Vdc/2 a dióda D1 je v obrátenom stave vypnutia. Keď je M1 vypnutý, reverzná elektromotorická sila generovaná záťažovou indukčnosťou vytvára voľnobežný obvod cez D2: záťaž → D2 → Vdc/2, ktorý dosahuje dve hlavné funkcie:

Napäťová svorka: Obmedzte napätie, ktoré môže spínacia trubica vydržať, na Vdc/2, aby ste predišli poruche prepätia;
Energetická spätná väzba: Poskytuje uvoľňovací kanál na ukladanie indukčnej energie, aby sa zabránilo napäťovým špičkám spôsobeným náhlymi zmenami prúdu.
Experimentálne údaje ukazujú, že v 1kW polovičnom mostíkovom invertorovom systéme môže špičkový voľnobežný prúd D2 dosiahnuť 1,5-násobok menovitého zaťažovacieho prúdu a čas jeho spätného zotavenia musí byť riadený do 100 ns, aby sa zabezpečila účinnosť spínania.

(2) Redundantná architektúra a rozšírenie funkcie diódy plného mostového invertora
Invertor s úplným mostom využíva štruktúru štyroch prepínačov a štyroch diód, ktorá dosahuje obrátenie polarity výstupného napätia prostredníctvom striedavého vedenia dvoch párov spínačov. Jeho jedinečnosť sa odráža v:

Bipolárne riadenie: Kombináciou vedenia T1-T4 je možné dosiahnuť úplný výkyv napätia ± Vdc na konci záťaže. Diódy D1-D4 preberajú nielen funkciu voľnobehu, ale tvoria aj kanál energetickej spätnej väzby;
Ochrana proti poruche: Keď sú oba T1 a T4 nesprávne navedené, D2-D3 môže vytvoriť ochrannú cestu proti skratu, aby sa zabránilo skratu DC zbernice.
Porovnávacie testovanie ukazuje, že špičkové spätné napätie prenášané diódami v konštrukcii celého mosta je znížené o 50% v porovnaní s konštrukciou polovičného mosta, ale je potrebné zvládnuť vyššie prechodové prúdy (až dvojnásobok zaťažovacieho prúdu).

2, Dynamická odozva diód v mechanizme energetického manažmentu
(1) Jednosmerné riadenie toku energie polovičného mostového striedača
V topológii polovičného mostíka tvoria diódy jednosmernú sieť prenosu energie. Ak si vezmeme ako príklad aplikáciu fotovoltaických mikroinvertorov, keď je výkon záťaže nižší ako vstupný výkon, zásobník indukčnej energie sa privádza späť do zbernice jednosmerného prúdu cez D2 a dióda musí spĺňať nasledujúce požiadavky:

Pozitívny pokles napätia Menší alebo rovný 0,5 V (zníženie straty vedenia);
Reverzný obnovovací náboj Qrr Menší alebo rovný 100 nC (zníženie strát pri prepínaní).
Podľa testovacích údajov od určitého výrobcu môže použitie rýchloobnoviteľných diód (napríklad STTH3R06) zvýšiť účinnosť systému o 2,3 % a znížiť nárast teploty o 15 stupňov.

(2) Obojsmerná regulácia energie plného mostového striedača
Celá mostová konštrukcia dosahuje komplexnejšie riadenie energie prostredníctvom diódovej siete:

Aktívna svorka: V meničoch spojených s transformátorom môže D1-D4 vytvoriť svorkový obvod na obmedzenie napätia spínacej trubice v bezpečnom rozsahu;
Implementácia mäkkého spínania: V kombinácii s rezonančnými tlmivkami môžu diódy vytvárať podmienky spínania pri nulovom napätí. Po prijatí tejto technológie sa spínacia strata 4kW meniča s plným mostom znížila o 65%.
Je obzvlášť pozoruhodné, že v trojfázových meničoch s úplným mostíkom musia diódy tiež vykonávať funkciu fázovej energetickej rovnováhy. Keď prúd určitej fázy vedie, dióda zodpovedajúceho ramena mostíka môže viesť prebytočnú energiu k toku do iných fáz, čím sa dosiahne dynamické rozloženie výkonu.

3, Diferenciálne požiadavky stratégie riadenia na charakteristiky diód
(1) Jednoduché ovládanie a prispôsobenie parametrov diódy polovičného mostíka
Konštrukcia polovičného mostíka zvyčajne využíva bipolárne alebo unipolárne riadenie SPWM a požiadavky na diódy sú zamerané na statické charakteristiky:

Čas spätného zotavenia trr Menej ako alebo rovný 50 ns (vhodné pre vysoko-prepínanie frekvencií);
Kapacita spoja Cj Menšia alebo rovná 100pF (znižuje šum spínača).
Podľa údajov o výbere určitého projektu autoinvertorov môže použitie diód s ultrarýchlou obnovou (ako napríklad MUR860) znížiť elektromagnetické rušenie (EMI) o 8 dB.

(2) Komplexná modulácia a dynamické prispôsobenie diód v meničoch s úplným mostíkom
Úplná mostová štruktúra podporuje pokročilé modulačné technológie, ako je zdvojnásobenie frekvencie SPWM, čo kladie vyššie dynamické požiadavky na diódy

Teplotná stabilita: V rozsahu -40 stupňov ~ 150 stupňov by rýchlosť zmeny poklesu tlaku vpred mala byť menšia alebo rovná 5 mV / stupeň;
Protilavínová schopnosť: Musí odolať lavínovej energii najmenej 1,5-násobku menovitého prúdu.
Istý prípad priemyselného pohonu motora ukazuje, že použitie diód z karbidu kremíka (ako C3D10060E) môže zlepšiť účinnosť systému na 98,2 % a skrátiť čas mŕtvej zóny z 500 ns na 200 ns.

4, Porovnanie výkonu v typických aplikačných scenároch
Parameter polovičný mostový striedač plný mostový striedač
Počet diód 2,4
Napäťové napätie Vdc/2 Vdc
Prúdové napätie 1,5-násobok záťažového prúdu 2-násobok záťažového prúdu
Nízka zložitosť riadenia (bipolárna SPWM) a vysoká (zdvojnásobenie frekvencie SPWM)
Typická účinnosť 92-95% 95-98%
Koeficient nákladov 1.0 1.8