Како диоде и МОСФЕТ/ИГБТ раде заједно у претварачима?

1, Функционална комплементарност у архитектури топологије
(1) Минималистички начин сарадње полумостног инвертера
Полумостни инвертер усваја структуру двоструке диоде са двоструким прекидачем, а ДЦ страна формира две потенцијалне тачке од ± Вдц/2 кроз поделу напона кондензатора. Када је МОСФЕТ горњег крака моста (К1) укључен, струјна путања је Вдц/2 → К1 → оптерећење → Вдц/2, а у овом тренутку диода доњег крака моста (Д2) је у обрнутом стању искључења. Када је К1 искључен, реверзна електромоторна сила генерисана индуктивношћу оптерећења формира слободно коло кроз Д2: оптерећење → Д2 → Вдц/2. Овај процес постиже две основне функције:

Стезаљка напона: Ограничите напон који МОСФЕТ може да издржи на Вдц/2 да бисте избегли пренапонски слом;
Енергетска повратна информација: Обезбеђује канал за ослобађање за индуктивно складиштење енергије како би се спречили скокови напона узроковани наглим променама струје.
Експериментални подаци показују да у систему полумостног инвертера од 1кВ, вршна струја слободног хода Д2 може да достигне 1,5 пута већу од називне струје оптерећења, а њено време повратног опоравка треба да се контролише унутар 100нс да би се обезбедила ефикасност пребацивања. Употреба диода за брзи опоравак (као што је СТТХ3Р06) може повећати ефикасност система за 2,3% и смањити пораст температуре за 15 степени.

(2) Редундантна колаборативна архитектура инвертера са пуним мостом
Инвертер са пуним мостом има структуру са четири прекидача са четири диоде, која постиже преокрет поларитета излазног напона кроз наизменичну проводљивост два пара прекидача. Његова јединственост се огледа у:

Биполарна контрола: Комбинацијом Т1-Т4 проводљивости, потпуни замах напона од ± Вдц се може постићи на крају оптерећења. Диоде Д1-Д4 не само да преузимају функцију слободног хода, већ и формирају канал за повратну енергију;
Заштита од квара: Када су оба Т1 и Т4 погрешно вођени, Д2-Д3 може да формира заштитни пут од кратког споја да спречи кратак спој ДЦ магистрале.
Упоредна испитивања показују да је вршни реверзни напон који носе диоде у структури пуног моста смањен за 50% у поређењу са полумосном структуром, али је потребно руковати већим пролазним струјама (до двоструко веће струје оптерећења). У трофазном инвертору са пуним мостом, диоде такође морају да преузму функцију фазног енергетског баланса. Када струја одређене фазе води, диоде одговарајућег крака моста могу водити вишак енергије да тече у друге фазе, постижући динамичку дистрибуцију снаге.

2, Механизам управљања енергијом у динамичком одговору
(1) Непрекидна струјна заштита тела МОСФЕТ диоде
Диода тела интегрисана у МОСФЕТ игра кључну улогу у инвертерима. Када је индуктивно оптерећење повезано на одвод МОСФЕТ-а, електрична енергија се одмах складишти унутар оптерећења, а обрнути ЕМФ врх који се генерише у тренутку искључивања формира слободни пут кроз диоду тела. Узимајући погон једносмерног мотора без четкица као пример:

Сценарио високофреквентног пребацивања: Током високо{0}}прекидања високе фреквенције МОСФЕТ-а К1, диода Д2 на телу обезбеђује слободну путању за струју индуктора током периода искључења К1;
Супресија струјних скокова: Индуктивност Л1 показује високу импедансу према струји шиљака, што доводи до додатних скокова струје када К1 проводи. Коришћењем МОСФЕТ-а са карактеристикама брзог обнављања диода (као што је СТ-ова серија СуперФРЕДмесх), губици прекидача се могу смањити за 65%, а температура омотача може се смањити са 60 степени на 50 степени.
(2) Енергетска повратна спрега ИГБТ антипаралелне диоде
Као главни уређај у сценаријима високог{0}}напона и велике струје, ИГБТ-ова антипаралелна брза опоравка диода (ФРД) игра кључну улогу у двосмерном протоку енергије. У серијском резонантном претварачу:

Управљање мртвим временом: Током ИГБТ комутације у горњем и доњем краку моста, антипаралелне диоде обезбеђују пут за реактивну струју да би се избегли скокови напона узроковани залуталом индуктивношћу у колу;
Апсорпција резонантне енергије: Када је ВТ1 искључен, ускладиштена енергија у залуталој индуктивности Лм линије се преноси у бафер коло кроз антипаралелну диоду ВД1 да би се спречило прекорачење Уце.
Експерименти су показали да коришћење диода за брзи опоравак високих{0}}перформанси (као што је Ц3Д10060Е) може смањити комутационе губитке ИГБТ модула за 40% и побољшати ефикасност система на 98,2%.

3, Захтеви за усклађивање параметара у стратегијама управљања
(1) Једноставна контролна адаптација полумостног претварача
Структура полумоста обично усваја биполарну или униполарну СПВМ контролу, а захтеви за диоде су фокусирани на статичке карактеристике:

Време повратног опоравка: трр Мање или једнако 50нс (погодно за високо-пребацивање);
Капацитет споја: Цј Мањи или једнак 100пФ (смањује шум прекидача).
Према подацима о одабиру одређеног пројекта инвертора за аутомобиле, употреба ултра брзих диода за опоравак (као што је МУР860) може смањити електромагнетне сметње (ЕМИ) за 8 дБ и скратити време мртве зоне са 500нс на 200нс.

(2) Комплексна модулациона адаптација инвертора са пуним мостом
Потпуна структура моста подржава напредне технологије модулације као што је СПВМ удвостручавања фреквенције, што намеће веће динамичке захтеве за диоде

Стабилност температуре: У опсегу од -40 степени ~150 степени, брзина промене пада притиска унапред треба да буде мања или једнака 5мВ/степен;
Способност против лавине: Треба да издржи енергију лавине најмање 1,5 пута већу од називне струје.
Одређени индустријски погон мотора показује да коришћење силицијум карбидних диода (као што је Ц3Д10060Е) може смањити запремину система за 40% и повећати густину снаге на 3,2кВ/Л. Његове кључне предности леже у:

Реверзни опоравак наелектрисања КРр смањује се за 70%;
Стабилност пада притиска проводљивости се повећава за три пута у окружењима високе температуре.