Ποιοι είναι οι διαφορετικοί ρόλοι των διόδων σε μετατροπείς πλήρους γέφυρας και μισής γέφυρας;

1, Οι διαφορές τοπολογίας καθορίζουν τη θεμελιώδη λειτουργική θέση των διόδων
(1) Μινιμαλιστική αρχιτεκτονική του μετατροπέα μισής γέφυρας και ο ρόλος του πυρήνα της διόδου
Ο μετατροπέας μισής γέφυρας υιοθετεί μια δομή διπλού διακόπτη διπλής διόδου και η πλευρά DC σχηματίζει δύο σημεία δυναμικού ± Vdc/2 μέσω της διαίρεσης τάσης πυκνωτή. Λαμβάνοντας ως παράδειγμα επαγωγικά φορτία, όταν ο διακόπτης M1 του βραχίονα της άνω γέφυρας είναι ενεργοποιημένος, η τρέχουσα διαδρομή είναι Vdc/2 → M1 → φορτίο → Vdc/2 και η δίοδος D1 βρίσκεται στην αντίστροφη κατάσταση αποκοπής. Όταν το M1 είναι απενεργοποιημένο, η αντίστροφη ηλεκτροκινητική δύναμη που δημιουργείται από την αυτεπαγωγή φορτίου σχηματίζει ένα κύκλωμα ελεύθερου τροχού μέσω του D2: φορτίο → D2 → Vdc/2, το οποίο επιτυγχάνει δύο κύριες λειτουργίες:

Σφιγκτήρας τάσης: Περιορίστε την τάση που μπορεί να αντέξει ο σωλήνας διακόπτη σε Vdc/2 για να αποφευχθεί η διακοπή της υπέρτασης.
Ενεργειακή ανάδραση: Παρέχει ένα κανάλι απελευθέρωσης για επαγωγική αποθήκευση ενέργειας για την αποφυγή αιχμών τάσης που προκαλούνται από ξαφνικές αλλαγές στο ρεύμα.
Πειραματικά δεδομένα δείχνουν ότι σε ένα σύστημα μετατροπέα μισής γέφυρας 1 kW, το μέγιστο ρεύμα ελεύθερου τροχού του D2 μπορεί να φτάσει 1,5 φορές το ονομαστικό ρεύμα φορτίου και ο χρόνος ανάστροφης ανάκτησης πρέπει να ελέγχεται εντός 100 ns για να διασφαλιστεί η απόδοση μεταγωγής.

(2) Επέκταση πλεονάζουσας αρχιτεκτονικής και λειτουργίας διόδου του μετατροπέα πλήρους γέφυρας
Ο μετατροπέας πλήρους γέφυρας υιοθετεί μια δομή τεσσάρων διακοπτών με τέσσερις διόδους, η οποία επιτυγχάνει την αντιστροφή της πολικότητας της τάσης εξόδου μέσω της εναλλασσόμενης αγωγής δύο ζευγών διακοπτών. Η μοναδικότητά του αντανακλάται στα εξής:

Διπολικός έλεγχος: Μέσω του συνδυασμού αγωγιμότητας T1-T4, μπορεί να επιτευχθεί πλήρης ταλάντευση τάσης ± Vdc στο άκρο του φορτίου. Οι δίοδοι D1-D4 όχι μόνο αναλαμβάνουν τη λειτουργία ελεύθερου τροχού, αλλά σχηματίζουν επίσης ένα κανάλι ανάδρασης ενέργειας.
Προστασία από σφάλματα: Όταν τα T1 και T4 είναι και τα δύο λανθασμένα, το D2-D3 μπορεί να σχηματίσει μια διαδρομή προστασίας από βραχυκύκλωμα για να αποτρέψει το βραχυκύκλωμα του διαύλου DC.
Οι συγκριτικές δοκιμές δείχνουν ότι η μέγιστη αντίστροφη τάση που φέρουν οι δίοδοι στη δομή της πλήρους γέφυρας μειώνεται κατά 50% σε σύγκριση με τη δομή μισής γέφυρας, αλλά πρέπει να αντιμετωπιστούν υψηλότερα μεταβατικά ρεύματα (έως και διπλάσιο από το ρεύμα φορτίου).

2, Δυναμική απόκριση διόδων στον μηχανισμό διαχείρισης ενέργειας
(1) Έλεγχος μονοκατευθυντικής ροής ενέργειας μετατροπέα μισής γέφυρας
Σε μια τοπολογία μισής γέφυρας, οι δίοδοι σχηματίζουν ένα μονοκατευθυντικό δίκτυο μεταφοράς ενέργειας. Λαμβάνοντας ως παράδειγμα την εφαρμογή φωτοβολταϊκών μικρομετατροπέων, όταν η ισχύς φορτίου είναι μικρότερη από την ισχύ εισόδου, η επαγωγική αποθήκευση ενέργειας τροφοδοτείται πίσω στον δίαυλο DC μέσω D2 και η δίοδος πρέπει να πληροί τις ακόλουθες απαιτήσεις:

Θετική πτώση τάσης Λιγότερο ή ίσο με 0,5 V (μειώνοντας την απώλεια αγωγιμότητας).
Αντίστροφη φόρτιση ανάκτησης Qrr Λιγότερο ή ίσο με 100nC (μείωση απωλειών διακόπτη).
Σύμφωνα με δεδομένα δοκιμών από συγκεκριμένο κατασκευαστή, η χρήση διόδων γρήγορης ανάκτησης (όπως STTH3R06) μπορεί να αυξήσει την απόδοση του συστήματος κατά 2,3% και να μειώσει την αύξηση της θερμοκρασίας κατά 15 βαθμούς.

(2) Αμφίδρομη ενεργειακή ρύθμιση μετατροπέα πλήρους γέφυρας
Η πλήρης δομή γέφυρας επιτυγχάνει πιο σύνθετη διαχείριση ενέργειας μέσω ενός δικτύου διόδου:

Ενεργός σφιγκτήρας: Στους μετατροπείς συζευγμένους με μετασχηματιστή, το D1-D4 μπορεί να σχηματίσει ένα κύκλωμα σφιγκτήρα για να περιορίσει την τάση του σωλήνα διακόπτη εντός ενός ασφαλούς εύρους.
Εφαρμογή μαλακής μεταγωγής: Σε συνδυασμό με επαγωγείς συντονισμού, οι δίοδοι μπορούν να δημιουργήσουν συνθήκες μεταγωγής μηδενικής τάσης. Μετά την υιοθέτηση αυτής της τεχνολογίας, η απώλεια μεταγωγής ενός μετατροπέα πλήρους γέφυρας 4 kW μειώθηκε κατά 65%.
Είναι ιδιαίτερα αξιοσημείωτο ότι σε τριφασικούς-μετατροπείς πλήρους γέφυρας, οι δίοδοι πρέπει επίσης να αναλάβουν τη λειτουργία του ενεργειακού ισοζυγίου φάσης σε φάση. Όταν το ρεύμα μιας συγκεκριμένης φάσης οδηγεί, η δίοδος του αντίστοιχου βραχίονα γέφυρας μπορεί να οδηγήσει την περίσσεια ενέργειας να ρέει σε άλλες φάσεις, επιτυγχάνοντας δυναμική κατανομή ισχύος.

3, Διαφορικές απαιτήσεις στρατηγικής ελέγχου για χαρακτηριστικά διόδου
(1) Απλός έλεγχος και αντιστοίχιση παραμέτρων διόδου του μετατροπέα μισής γέφυρας
Η δομή μισής γέφυρας συνήθως υιοθετεί διπολικό ή μονοπολικό έλεγχο SPWM και οι απαιτήσεις για τις διόδους εστιάζονται στα στατικά χαρακτηριστικά:

Αντίστροφος χρόνος ανάκτησης trr Μικρότερος ή ίσος με 50 ns (κατάλληλος για εναλλαγή υψηλής-συχνότητας).
Χωρητικότητα συνδέσμου Cj Μικρότερη ή ίση με 100 pF (μειώνει τον θόρυβο του διακόπτη).
Σύμφωνα με τα δεδομένα επιλογής ενός συγκεκριμένου έργου μετατροπέα αυτοκινήτου, η χρήση διόδων εξαιρετικά γρήγορης ανάκτησης (όπως το MUR860) μπορεί να μειώσει τις ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές (EMI) κατά 8dB.

(2) Πολύπλοκη διαμόρφωση και δυναμική προσαρμογή διόδων σε μετατροπείς πλήρους γέφυρας
Η πλήρης δομή γέφυρας υποστηρίζει προηγμένες τεχνολογίες διαμόρφωσης, όπως ο διπλασιασμός συχνότητας SPWM, που επιβάλλει υψηλότερες δυναμικές απαιτήσεις στις διόδους

Σταθερότητα θερμοκρασίας: Εντός του εύρους των -40 μοιρών ~ 150 μοιρών, ο ρυθμός αλλαγής πτώσης πίεσης προς τα εμπρός πρέπει να είναι μικρότερος ή ίσος με 5 mV/βαθμός.
Ικανότητα κατά της χιονοστιβάδας: Πρέπει να αντέχει την ενέργεια χιονοστιβάδας τουλάχιστον 1,5 φορές το ονομαστικό ρεύμα.
Μια συγκεκριμένη περίπτωση βιομηχανικής κίνησης κινητήρα δείχνει ότι η χρήση διόδων καρβιδίου του πυριτίου (όπως η C3D10060E) μπορεί να βελτιώσει την απόδοση του συστήματος στο 98,2% και να συντομεύσει τον χρόνο νεκρής ζώνης από 500 ns σε 200 ns.

4, Σύγκριση απόδοσης σε τυπικά σενάρια εφαρμογών
Παράμετρος μετατροπέας μισής γέφυρας μετατροπέας πλήρης γέφυρας
Αριθμός διόδων 2, 4
Τάση τάσης Vdc/2 Vdc
Καταπόνηση ρεύματος 1,5 φορές ρεύμα φορτίου 2 φορές ρεύμα φορτίου
Χαμηλή πολυπλοκότητα ελέγχου (διπολικό SPWM) και υψηλή (διπλασιασμός συχνότητας SPWM)
Τυπική απόδοση 92-95% 95-98%
Συντελεστής κόστους 1.0 1.8