Kif tikseb l-iżolament attwali tad-dijodi f'sistemi ta' inverter b'ħafna-stadji?

一, Il-bażi fiżika tal-iżolament tal-kurrent tad-dijodu
Il-kapaċità tal-iżolament tal-qalba tad-dijodi ġejja mill-konduttività unidirezzjonali tal-junctions PN. Meta 'l quddiem preġudikati, toqob fir-reġjun P u elettroni fir-reġjun N jinfirxu biex jiffurmaw mogħdija ta' reżistenza baxxa, u r-reżistenza fuq tista 'tkun baxxa daqs 0.1 Ω; Meta reverse preġudikata, il-wisa 'saff ta' tnaqqis jespandi b'vultaġġ dejjem jiżdied, li jifforma iżolament ta 'impedenza għolja ta' livell ta 'megaohm u jimblokka l-kapaċità tal-kurrent invers sa livell ta' mikroampere. Din il-karatteristika konduttiva asimmetrika tagħmilha apparat ta 'iżolament tal-kurrent naturali.

F'sistema inverter b'ħafna-stadji, dajowds jiksbu iżolament bejn l-istadji billi jibnu mogħdija ta 'kurrent unidirezzjonali. Pereżempju, f'inverter fotovoltajku b'żewġ-stadji, id-dijodu ta' iżolament konness b'mod parallel mal-output tal-konvertitur DC/DC ta' quddiem-tarf jista' jipprevjeni l-fluss lura tal-kurrent ikkawżat minn ħsarat fl-inverter ta 'wara-tarf u jipproteġi l-apparati tal-qawwa-tarf ta' quddiem. Dejta sperimentali turi li meta tuża d-dijodu tas-sinjal 1N4148, il-kurrent ta 'tnixxija inversa huwa biss 0.1 μ A f'vultaġġ invers ta' 50V, u l-iżolament effettiv jaqbeż id-99.999%.

2, Applikazzjonijiet tipiċi ta 'iżolament f'sistemi ta' inverter b'ħafna -stadji
1. Għażla tal-mogħdija tal-enerġija għal inverters tal-pont H-kaskati
F'kaskata H-pont STATCOM (Static Synchronous Compensator), kull unità H-pont hija konnessa b'mod parallel permezz ta' capacitor tal-ġenb DC. Meta difett ta 'short circuit tal-kapaċitatur tal-ġenb DC iseħħ f'ċerta unità, dajowds Schottky (bħal SB560, b'waqgħa tal-vultaġġ 'il quddiem ta' 0.5V) konnessi b'mod parallel maż-żewġt itruf tal-kapaċitatur jistgħu awtomatikament jimblukkaw il-propagazzjoni tal-kurrent tal-ħsara għal unitajiet oħra b'saħħithom. Is-simulazzjoni turi li din l-iskema tippermetti lis-sistema tlesti l-iżolament tal-ħsara fi żmien 0.1ms, li huwa tliet ordnijiet ta 'kobor aktar mgħaġġel minn skemi ta' relay tradizzjonali fil-veloċità tar-rispons.

2. Iżolament tas-sottomodulu ta' konvertitur modulari f'diversi livelli (MMC)
Is-sottomodulu MMC jadotta struttura ta 'nofs pont. Meta l-vultaġġ tal-kapaċitatur tas-submodulu jkun żbilanċjat, is-serje konnessa dajowd ta 'rkupru mgħaġġel (bħal RF306, ħin ta' rkupru b'lura ta '35ns) tista' tipprevjeni l-iċċarġjar eċċessiv tal-kapaċitatur. Skont id-dejta tal-proġett ta 'trażmissjoni ± 500kV DC ta' Tennet fil-Ġermanja, wara li adottat din l-iskema, il-firxa tal-varjazzjoni tal-vultaġġ tal-kapaċitatur tas-submodulu naqset minn ± 15% għal ± 3%, u l-effiċjenza tas-sistema tjiebet b'1.2 punti perċentwali.

3. Disinn ta 'provvista ta' enerġija żejda għal inverters konnessi mal-grilja fotovoltajka
F'inverters fotovoltajċi ta 'spag, jintużaw kanali multipli MPPT (Maximum Power Point Tracking) biex tinkiseb redundancy ta' enerġija permezz ta 'dijodi jew ċirkwiti tal-bieb. Meta l-qawwa tal-ħruġ ta 'ċertu kanal tonqos minħabba l-ostruzzjoni tad-dell, id-dijodu Schottky (bħal MBR2045CT, b'waqgħa tal-vultaġġ 'il quddiem ta' 0.32V) jaqleb awtomatikament għall-kanal b'saħħtu biex jiżgura qawwa tal-ħruġ stabbli. It-testijiet urew li din l-iskema tista 'żżid il-ġenerazzjoni tal-enerġija tal-arrays fotovoltajċi bi 8% -12%, speċjalment f'xenarji parzjalment ostakolati fejn il-vantaġġi huma sinifikanti.

3, Strateġiji ta 'ottimizzazzjoni tal-inġinerija u titjib tal-prestazzjoni
1. Għażla ta 'dijodi b'telf baxx
Il-waqgħa tal-vultaġġ 'il quddiem (0.6-0.7V) tad-dijodi tas-silikon tradizzjonali tista' tikkawża telf sinifikanti f'applikazzjonijiet ta 'kurrent għoli. Bl-użu ta 'dijodi Schottky tal-karbur tas-silikon (SiC) (bħal C3D06060A, waqgħa tal-vultaġġ 'il quddiem) 1.3V@10A) Jista' jnaqqas it-telf tal-konduzzjoni b'60%. F'inverter fotovoltajku ta '100kW, din l-iskema tnaqqas it-telf tad-dijodu minn 120W għal 48W u ttejjeb l-effiċjenza tas-sistema b'0.05 punti perċentwali.

2. Ottimizzazzjoni tal-karatteristika ta 'rkupru b'lura
F'applikazzjonijiet ta' swiċċ ta'-frekwenza għolja, il-ħin ta' rkupru invers (trr) tad-dijodi jaffettwa direttament it-telf tal-iswiċċ. L-użu ta 'dijodi ta' rkupru veloċi (bħal FR307, trr=100ns) jista 'jnaqqas it-telf ta' swiċċjar IGBT b'35% meta mqabbel ma 'rettifikaturi ordinarji (trr=500ns). Wara li adottat din l-iskema, l-effiċjenza tat-tagħbija sħiħa tal-inverters tas-serje Siemens SIRIUS żdiedet minn 98.2% għal 98.7%.

3. Soluzzjoni ta 'iżolament integrata
Il-kontrollur tad-dijodu ideali bbażat fuq MOSFET (bħal LM5050) jikseb ħin ta 'rkupru b'lura żero permezz ta' kontroll attiv. Fis-sistema ta 'ħażna ta' enerġija Megapack ta 'Tesla, din is-soluzzjoni tnaqqas it-telf ta' iżolament inter cluster minn 2.5W għal 0.3W, u ttejjeb l-effiċjenza taċ-ċiklu tas-sistema b'0.2 punti perċentwali. Fl-istess ħin, il-waqgħa tal-vultaġġ tal-konduzzjoni ta '0.05V tagħha titnaqqas b'90% meta mqabbla ma' dajowds tradizzjonali, u ttejjeb b'mod sinifikanti l-effiċjenza tal-konverżjoni tal-enerġija.

4, Xejriet tat-teknoloġija tal-fruntiera
1. Applikazzjoni ta 'apparati semikondutturi bandgap wiesa'
Gallium nitride (GaN) diodes are gradually replacing silicon devices in high-end fields such as 5G base station power supplies and aerospace power supplies due to their ultra-low on resistance (0.1m Ω· cm ²) and high-frequency characteristics (fT>1GHz). Id-dijodu GaN EPC2054 imniedi mill-kumpanija EPC għandu waqgħa tal-vultaġġ 'il quddiem ta' 0.2V biss f'kurrent ta '10A, li huwa 85% inqas minn apparat SiC.

2. Integrazzjoni ta 'teknoloġija ta' iżolament intelliġenti
Il-modulu tad-dijodu intelliġenti flimkien mat-teknoloġija tal-kontroll diġitali jista 'jikseb kumpens dinamiku tal-waqgħa tal-vultaġġ u tbassir tal-ħsarat. Is-serje Power Grid ta 'dijodi ta' iżolament intelliġenti mnedija mill-kumpanija ABB timmonitorja parametri bħat-temperatura tal-junction u l-kurrent f'ħin reali permezz ta 'sensors mibnija-, u twissi ħsarat potenzjali 0.5ms bil-quddiem, u jżid il-ħin medju tas-sistema bejn fallimenti (MTBF) għal 200000 siegħa.

5, Konsiderazzjonijiet ewlenin fil-prattika tal-inġinerija
1. Disinn ta 'tqabbil tal-parametri
L-għażla tad-dijodi teħtieġ konsiderazzjoni komprensiva ta 'waqgħa tal-vultaġġ 'il quddiem (Vf), ħin ta' rkupru b'lura (trr), vultaġġ massimu b'lura (VRRM), u kurrent nominali (IF). Pereżempju, f'sistema fotovoltajka ta '1500V, iridu jintgħażlu diodes b'VRRM Akbar minn jew ugwali għal 1800V, u għandu jiġi riżervat marġni kurrenti ta' 30%.

2. Ottimizzazzjoni tal-ġestjoni termali
F'applikazzjonijiet ta'-qawwa għolja, il-kontroll tat-temperatura tal-junction tad-dijodu huwa kruċjali. L-iskema ta 'dissipazzjoni tas-sħana komposta bl-użu ta' grass tas-silikonju konduttiv termali (reżistenza termali 0.5 grad /W) u sottostrat tal-aluminju (reżistenza termali 1 grad /W) tista 'tnaqqas it-temperatura tal-junction minn 125 grad għal 85 grad taħt 100A kurrenti, testendi l-ħajja tal-apparat b'aktar minn tliet darbiet.

3. Disinn ta 'kompatibilità elettromanjetika
Il-ħoss di/dt iġġenerat minn swiċċijiet tad-dijodu jeħtieġ li jiġi mrażżan minn ċirkwit buffer RC. F'inverter ta '10kW, ċirkwit buffer li juża capacitors tal-film ta' 0.1 μ F u resistors ta '10 Ω jista' jnaqqas l-overshoot tal-vultaġġ minn 50V għal 5V, u jilħaq l-istandard ta 'kompatibilità elettromanjetika IEC 61000-4-5.

6, Każijiet ta 'applikazzjoni ta' l-industrija
1. Inverter fotovoltajku Huawei SUN2000-125KTL
Dan il-prodott jadotta topoloġija ta 'pont H-kaskata, b'kull output ta' pont H{-konness b'mod parallel ma 'dijodu ta' rkupru mgħaġġel (BYV29-1000, trr=50ns) biex jinkiseb iżolament tal-kurrent bejn l-istadji. Id-dejta tat-test attwali turi li f'xenarji parzjalment ostakolati, il-ġenerazzjoni tal-enerġija tas-sistema tiżdied b'9.3% meta mqabbla ma 'soluzzjonijiet tradizzjonali, u l-effiċjenza fl-Ewropa tilħaq 98.8%.

2. Stabbilizzatur tal-grilja Siemens SICAM AIS
Fl-applikazzjonijiet STATCOM, l-apparat juża moduli tad-dijodu tal-karbur tas-silikon (C4D20120D) biex inaqqas it-telf tal-bdil tas-submoduli b'40%. Il-kejl attwali tal-grid tal-enerġija Ġermaniża juri li l-ħin tar-rispons tas-sistema tqassar minn 10ms għal 3ms, u l-kapaċità tal-appoġġ tal-qawwa reattiva dinamika żdiedet bi tliet darbiet.