Ποιες είναι οι εφαρμογές των διόδων σε ευφυή συστήματα διακοπτών κυκλώματος;

一, Τεχνική αρχή: Τα βασικά χαρακτηριστικά των διόδων υποστηρίζουν τον έξυπνο έλεγχο
1. Η μονοκατευθυντική αγωγιμότητα δημιουργεί ένα ασφαλές όριο
Τα χαρακτηριστικά αγωγιμότητας προς τα εμπρός και αντίστροφης αποκοπής των διόδων τις καθιστούν φυσικό εμπόδιο για την απομόνωση των ρευμάτων σφάλματος σε έξυπνα συστήματα διακοπτών κυκλώματος. Για παράδειγμα, σε ένα σύστημα διανομής συνεχούς ρεύματος, όταν συμβαίνει βραχυκύκλωμα στην πλευρά του φορτίου, η δίοδος που είναι συνδεδεμένη παράλληλα με την έξοδο του διακόπτη κυκλώματος μπορεί γρήγορα να αντιστραφεί και να διακοπεί, εμποδίζοντας το ρεύμα σφάλματος να ρέει πίσω στην πλευρά τροφοδοσίας και αποφεύγοντας ζημιά σε εξοπλισμό υψηλότερου επιπέδου-. Ένας συγκεκριμένος έξυπνος διακόπτης κυκλώματος 10kV μείωσε επιτυχώς τον χρόνο απομόνωσης βραχυκυκλώματος-σε λιγότερο από 50 μ s παραλληλίζοντας τις διόδους 10 1N4007 στο άκρο του τροφοδότη, που είναι 80% υψηλότερος από τους παραδοσιακούς μηχανικούς διακόπτες κυκλώματος.

2. Η δυνατότητα γρήγορης ανάκτησης βελτιστοποιεί την απόδοση του διακόπτη
Οι δίοδοι καρβιδίου του πυριτίου (SiC) είναι ιδανική επιλογή για σενάρια μεταγωγής υψηλών-συχνοτήτων λόγω του χρόνου ανάστροφης ανάκτησης επιπέδου ns. Στη μονάδα διακόπτη στερεάς-κατάστασης των έξυπνων αυτόματων διακοπτών, οι δίοδοι SiC και τα IGBT/MOSFET σχηματίζουν μια υβριδική συσκευή ισχύος που μπορεί να επιτύχει ταχύτητα θραύσης μ s. Πειραματικά δεδομένα δείχνουν ότι η χρήση διόδου SiC C3D06060A σε μετατροπέα 50 kW μειώνει τις απώλειες μεταγωγής κατά 62% σε σύγκριση με συσκευές που βασίζονται σε πυρίτιο- και βελτιώνει την απόδοση του συστήματος στο 97,2%.

3. Ακριβής προστασία που επιτυγχάνεται μέσω μη γραμμικών χαρακτηριστικών βολτ αμπέρ
Οι μεταβατικές δίοδοι καταστολής τάσης (TVS) μπορούν να συσφίξουν την υπέρταση σε ένα ασφαλές επίπεδο σε ns χρόνο μέσω του φαινομένου κατάρρευσης χιονοστιβάδας. Στη μονάδα προστασίας από υπέρταση του έξυπνου διακόπτη, η δίοδος TVS λειτουργεί σε συνδυασμό με τον σωλήνα εκκένωσης αερίου για να σχηματίσει ένα σύστημα προστασίας τριών{1} επιπέδων: το πρώτο στάδιο TVS απορροφά το 90% της παροδικής ενέργειας, ο σωλήνας εκκένωσης αερίου δεύτερου σταδίου εκφορτώνει την υπόλοιπη ενέργεια και το βαρίστορ τρίτου σταδίου παρέχει συνεχή προστασία. Μετά την εφαρμογή αυτής της λύσης σε ένα κέντρο δεδομένων, το ποσοστό αστοχίας του εξοπλισμού που προκαλείται από κεραυνούς μειώθηκε κατά 92%.

2, Τυπικά σενάρια εφαρμογών: από τη βασική προστασία έως την έξυπνη λήψη-απόφασης
1. Προστασία από υπερένταση και θέση σφάλματος
Στο τρέχον στάδιο δειγματοληψίας του έξυπνου διακόπτη κυκλώματος, η γέφυρα ανορθωτή που αποτελείται από διόδους μετατρέπει το σήμα AC σε DC για ανάλυση FFT από τον μικροεπεξεργαστή. Για παράδειγμα, ένας συγκεκριμένος τύπος έξυπνου διακόπτη κυκλώματος χρησιμοποιεί στοίβα γέφυρας GBJ801 για να επιτύχει διόρθωση ρεύματος τριών φάσεων. Σε συνδυασμό με τον αλγόριθμο wavelet, μπορεί να αναγνωρίσει με ακρίβεια μικρές υπερφορτώσεις 0,1 In (ονομαστικό ρεύμα), το οποίο είναι 10 φορές πιο ευαίσθητο από τους παραδοσιακούς θερμικούς διακόπτες. Εν τω μεταξύ, αναλύοντας το χρονισμό αγωγής της διόδου, το σύστημα μπορεί να εντοπίσει τη φάση του σφάλματος και να συντομεύσει τον χρόνο εντοπισμού σφάλματος από λεπτά σε χιλιοστά του δευτερολέπτου.

2. Βελτιστοποίηση ηλεκτρομαγνητικής συμβατότητας (EMC).
Το κύκλωμα ελέγχου στους έξυπνους διακόπτες κυκλώματος είναι ευαίσθητο σε ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές (EMI) που προκαλούνται από ενέργειες μεταγωγής. Το κύκλωμα απορρόφησης RC που αποτελείται από διόδους και πυκνωτές μπορεί να καταστείλει αποτελεσματικά τις αιχμές τάσης. Για παράδειγμα, όταν το IGBT είναι απενεργοποιημένο, το παράλληλο Rsnap off (10 Ω) και το Cj (100nF) μπορούν να μειώσουν το di/dt από 500A/μ s σε 50A/μ s, μειώνοντας την ένταση ακτινοβολίας EMI κατά 20dB. Μετά την εφαρμογή αυτού του σχήματος σε συγκεκριμένο φωτοβολταϊκό μετατροπέα, το ποσοστό επιτυχίας της τυπικής δοκιμής IEC 61000-4-5 αυξήθηκε από 65% σε 98%.

3. Έλεγχος αμφίδρομης ροής ισχύος
Στον έξυπνο σωρό φόρτισης με λειτουργία V2G, η συστοιχία διόδων πραγματοποιεί αμφίδρομο έλεγχο ροής ενέργειας μεταξύ του ηλεκτρικού δικτύου και της μπαταρίας. Στη λειτουργία φόρτισης, η δίοδος φωτοβολταϊκού/πλευρικού δικτύου μεταφέρει τη φόρτιση της μπαταρίας. Στη λειτουργία εκφόρτισης, η δίοδος στην πλευρά της μπαταρίας μεταφέρει και τροφοδοτεί το δίκτυο με ρεύμα. Ο σωρός φόρτισης 10 kW που χρησιμοποιεί διόδους SiC έχει διακύμανση τάσης μικρότερη από 1% κατά την εναλλαγή εκφόρτισης φόρτισης, η οποία είναι τρεις φορές πιο σταθερή από τις συσκευές που βασίζονται σε πυρίτιο-.

4. Παρακολούθηση κατάστασης και αυτοδιάγνωση
Οι έξυπνοι διακόπτες κυκλώματος επιτυγχάνουν τη διαχείριση της υγείας του εξοπλισμού παρακολουθώντας τη θερμοκρασία σύνδεσης των διόδων. Για παράδειγμα, η ενσωμάτωση ευαίσθητων στη θερμοκρασία διόδων (TSD) σε μονάδες ισχύος έχει ως αποτέλεσμα μια γραμμική σχέση μεταξύ της πτώσης τάσης προς τα εμπρός και της θερμοκρασίας διασταύρωσης (Δ Vf/Δ T ≈ -2mV/ βαθμός ). Ένας συγκεκριμένος έξυπνος διακόπτης κυκλώματος 500 kV επέκτεινε τον προγραμματισμένο κύκλο συντήρησης από 3 χρόνια σε 5 χρόνια συλλέγοντας δεδομένα TSD σε πραγματικό χρόνο και συνδυάζοντάς τα με το νευρωνικό δίκτυο LSTM για την πρόβλεψη της διάρκειας ζωής της συσκευής, μειώνοντας το κόστος λειτουργίας και συντήρησης κατά 40%.

3, Καινοτόμος Κατεύθυνση Ανάπτυξης: Ενοποίηση Νέων Υλικών και Ευφυΐας
1. Εκλαΐκευση συσκευών ημιαγωγών ευρείας ζώνης
Οι δίοδοι SiC διεισδύουν από πεδία υψηλής τάσης σε σενάρια μέσης και χαμηλής τάσης. Μετά την υιοθέτηση διόδων SiC Schottky σε σύστημα διανομής 48 V DC, η απώλεια αγωγιμότητας μειώθηκε από 3,5 W σε 0,8 W και η απόδοση του συστήματος αυξήθηκε κατά 1,2 ποσοστιαίες μονάδες. Αναμένεται ότι έως το 2026, το μερίδιο αγοράς των διόδων SiC στους έξυπνους διακόπτες κυκλώματος θα ξεπεράσει το 30%.

2. Ενσωμάτωση ευφυούς μονάδας διόδου
Ενσωματώστε διόδους με αισθητήρες και κυκλώματα οδήγησης για να σχηματίσετε μια ευφυή μονάδα ισχύος (IPM). Για παράδειγμα, το CoolSiC που κυκλοφόρησε από τη μονάδα Infineon ™ MOSFET, με ενσωματωμένους αισθητήρες θερμοκρασίας και ρεύματος, μπορεί να επικοινωνεί απευθείας με τον μικροεπεξεργαστή μέσω της διεπαφής SPI για να επιτύχει παρακολούθηση της κατάστασης σε πραγματικό-χρόνο και προσαρμοστική προσαρμογή των παραμέτρων προστασίας.

3. Εφαρμογή τεχνολογίας digital twin
Με τη δημιουργία ενός ψηφιακού διπλού μοντέλου παραμέτρων διόδου, μπορεί να προβλεφθεί η απόδοση της συσκευής σε ακραίες συνθήκες λειτουργίας. Το μοντέλο θερμοηλεκτρικής ζεύξης διόδου που αναπτύχθηκε από ένα συγκεκριμένο ερευνητικό ίδρυμα, σε συνδυασμό με αλγόριθμους μηχανικής μάθησης, μπορεί να προειδοποιήσει για τον κίνδυνο της θερμοκρασίας διασταύρωσης που υπερβαίνει τις 72 ώρες νωρίτερα, με ποσοστό ακρίβειας 95%.