Πώς λειτουργούν οι δίοδοι σε συστήματα ανάδρασης ενέργειας;

一, Τεχνικά χαρακτηριστικά των διόδων: η φυσική βάση για την ενεργειακή ανάδραση
Μια δίοδος είναι μια δομή σύνδεσης PN που σχηματίζεται από έναν ημιαγωγό τύπου P-και έναν ημιαγωγό τύπου N{- και τα βασικά χαρακτηριστικά της περιλαμβάνουν:

Μονοκατευθυντική αγωγιμότητα: Αγωγή όταν πολώνεται προς τα εμπρός (με τάση αγωγιμότητας περίπου 0,6-0,7 V για τρανζίστορ πυριτίου και 0,2-0,5 V για διόδους Schottky) και απενεργοποιείται όταν πολώνεται αντίστροφα (με μόνο ρεύμα αντίστροφης διαρροής σε επίπεδο μικροαμπέρ).
Δυνατότητα γρήγορης εναλλαγής: Ο χρόνος ανάστροφης ανάκτησης των διόδων Schottky είναι κοντά στο μηδέν και ο χρόνος ανάστροφης ανάκτησης των διόδων καρβιδίου του πυριτίου (SiC) μπορεί να μειωθεί σε λιγότερο από 10 νανοδευτερόλεπτα.
Χαρακτηριστικά αντίστασης τάσης και ρεύματος: Οι δίοδοι βιομηχανικής ποιότητας μπορούν να αντέξουν χιλιάδες βολτ και έχουν δυνατότητες αντίστασης μεταβατικού ρεύματος που υπερβαίνουν τα εκατοντάδες αμπέρ.
Αυτά τα χαρακτηριστικά του επιτρέπουν να εκτελεί τρεις βασικές λειτουργίες σε συστήματα ενεργειακής ανάδρασης:

Διόρθωση: Η αρχική διαδικασία μετατροπής εναλλασσόμενου ρεύματος σε συνεχές ρεύμα για την επίτευξη ενεργειακής ανάδρασης.
Συνεχές ρεύμα: Σε κυκλώματα κίνησης κινητήρα ή μετατροπέα, παρέχει μια διαδρομή ρεύματος για επαγωγικά φορτία για την αποφυγή αιχμών τάσης.
Προστασία: Απομονώστε την αντίστροφη τάση για να αποτρέψετε την πρόσκρουση στον εξοπλισμό της ηλεκτρικής πλευράς κατά τη διαδικασία ανάδρασης ενέργειας.
2, Τυπικά σενάρια εφαρμογής: από νέα ενεργειακά οχήματα έως βιομηχανική αποθήκευση ενέργειας
1. Νέο ενεργειακό σύστημα ανάκτησης ενέργειας πέδησης οχημάτων
Κατά τη διαδικασία πέδησης των ηλεκτρικών οχημάτων, ο κινητήρας της πλήμνης του τροχού αλλάζει από τη λειτουργία οδήγησης σε λειτουργία παραγωγής, παράγοντας τρι-εναλλασσόμενο ρεύμα. Σε αυτό το σημείο, η γέφυρα ανορθωτή διόδου (συνήθως αποτελείται από 6 διόδους) μετατρέπει την ισχύ εναλλασσόμενου ρεύματος σε ισχύ συνεχούς ρεύματος, η οποία στη συνέχεια ενισχύεται από έναν μετατροπέα και φορτίζεται στην μπαταρία ισχύος. Η λογική εργασίας είναι η εξής:

Energy management strategy: The brake controller dynamically adjusts the recovery intensity based on the battery SOC (remaining charge). When SOC>80%, ακυρώστε την ανάκτηση ενέργειας. Όταν η ΣΟΚ<70%, full power recovery occurs.
Απαιτήσεις επιλογής διόδου: Χρησιμοποιήστε διόδους Schottky ή διόδους SiC με χαμηλή πτώση τάσης προς τα εμπρός για να μειώσετε τις απώλειες αγωγιμότητας. Για παράδειγμα, μετά τη χρήση διόδων SiC Schottky σε ένα συγκεκριμένο μοντέλο αυτοκινήτου, η απόδοση ανάκτησης πέδησης αυξήθηκε κατά 3% και η αυτονομία αυξήθηκε κατά 5 χιλιόμετρα.
Σχεδιασμός θερμικής διαχείρισης: Υπό υψηλές τρέχουσες συνθήκες, η συσκευασία της διόδου θα πρέπει να υιοθετήσει μια δομή χαμηλής θερμικής αντίστασης TO-247 ή DFN8 × 8, σε συνδυασμό με ένα σύστημα ψύξης υγρού για να εξασφαλίσει μια θερμοκρασία διασταύρωσης μικρότερη ή ίση με 150 μοίρες.
2. Μονάδα ανάδρασης ενέργειας για βιομηχανικούς μετατροπείς συχνότητας
Κατά τη φάση επιβράδυνσης εξοπλισμού όπως ανελκυστήρες και γερανοί, ο κινητήρας βρίσκεται σε κατάσταση παραγωγής και η παραγόμενη ηλεκτρική ενέργεια τροφοδοτείται πίσω στον πυκνωτή διαύλου DC μέσω μιας γέφυρας ανορθωτή διόδου. Εάν υπάρχει υπερβολική ενέργεια, ο συνδυασμός IGBT και διόδου στο IPM (Intelligent Power Module) χρησιμοποιείται για την αναστροφή της ισχύος DC σε εναλλασσόμενο ρεύμα και την τροφοδοσία της πίσω στο δίκτυο. Τα τεχνολογικά του σημεία περιλαμβάνουν:

Αποτελεσματική διόρθωση: χρησιμοποιώντας διόδους γρήγορης ανάκτησης (FRD) ή διόδους SiC, ο χρόνος ανάστροφης ανάκτησης μειώνεται στο 1/10 των παραδοσιακών σωλήνων πυριτίου και η απώλεια μεταγωγής μειώνεται κατά 70%.
Έλεγχος συγχρονισμού δικτύου: Με τη χρήση της τεχνολογίας κλειδωμένου βρόχου φάσης (PLL), το ρεύμα ανάδρασης και η τάση δικτύου συγχρονίζονται σε συχνότητα και φάση, με συντελεστή ισχύος μεγαλύτερο ή ίσο με 0,99.
Μηχανισμός προστασίας: Η δίοδος TVS (μεταβατική καταστολή τάσης) σφίγγει τις αιχμές τάσης για να αποτρέψει τη ζημιά στον εξοπλισμό που προκαλείται από κεραυνούς ή υπέρταση.
3. Αμφίδρομος μετατροπέας για σταθμό παραγωγής ενέργειας αποθήκευσης ενέργειας
Στο σενάριο της αιχμής ξυρίσματος του δικτύου ηλεκτρικής ενέργειας, το σύστημα αποθήκευσης ενέργειας επιτυγχάνει εναλλαγή εκφόρτισης φόρτισης μέσω αμφίδρομων μετατροπέων DC/DC. Η δίοδος παίζει διπλό ρόλο σε αυτή τη διαδικασία:

Λειτουργία φόρτισης: Ως εξάρτημα ανορθωτή, μετατρέπει την ισχύ εναλλασσόμενου ρεύματος σε ρεύμα συνεχούς ρεύματος και την αποθηκεύει στην μπαταρία.
Λειτουργία εκφόρτισης: Ως δίοδος ελεύθερου τροχού, παρέχει μια διαδρομή ρεύματος για το κύκλωμα του μετατροπέα για να εξασφαλίσει ομαλή παραγωγή ενέργειας.
Λαμβάνοντας ως παράδειγμα ένα σύστημα αποθήκευσης ενέργειας κοντέινερ 20 ποδιών, το BMS (Σύστημα Διαχείρισης Μπαταριών) χρησιμοποιεί 1600-1800 TVS και διόδους Schottky για εξισορρόπηση της μπαταρίας, προστασία από υπέρταση και αντιστροφή σύνδεσης. Μετά την υιοθέτηση των διόδων Trench Schottky, η απόδοση του συστήματος αυξήθηκε κατά 0,4% και η ετήσια εξοικονόμηση ενέργειας ενός κιβωτίου ξεπέρασε τις 1000 kWh.