Како диоде мењају проток снаге у хибридним системима инвертера енергије?

一, Технички принцип: Једносмерна проводљивост и карактеристике брзог опоравка диода
1. Једносмерна карактеристика проводљивости: израда „једносмерног вентила“ за проток снаге
Основна физичка карактеристика диоде је једносмерна проводљивост, која дозвољава струји да тече само од аноде (А) до катоде (К), и показује високу импедансу када је обрнуто. У хибридним системима претварача енергије, ова карактеристика се користи за изолацију различитих извора напајања и спречавање повратног тока енергије. на пример:

Сценарио повезан са фотонапонском мрежом: Када је излазни напон фотонапонског панела већи од напона мреже, диода проводи и доводи електричну енергију у мрежу; Ако напон електричне мреже расте ненормално (као што је пренапон), диода ће се преокренути и искључити како би се избегло оштећење фотонапонског система.
Пуњење и пражњење система за складиштење енергије: Током пуњења батерије, диоде осигуравају да струја тече само из мреже или фотонапонског система до батерије; Током пражњења, обрнута гранична карактеристика може спречити да енергија батерије тече назад ка нециљним оптерећењима.
2. Функција брзог опоравка: кључ за смањење губитака прекидача
У системима са инвертером високе{0}}е фреквенције, диоде морају често да прелазе између стања проводљивости и стања прекида. Време повратног опоравка (ТРР) је основни параметар за мерење његових перформанси, који се односи на време потребно да се ускладиштени набој ослободи када диода пређе из проводног стања у стање прекида. ТРР традиционалних силицијумских диода је обично неколико стотина наносекунди, док се диоде за брзи опоравак могу скратити на десетине наносекунди, а диоде од силицијум карбида (СиЦ) су ближе нултом времену опоравка.

Оптимизација губитака у пребацивању високе{0}}фреквентне фреквенције: У ПВМ модулацији инвертера, ако је диода трр предугачка, то ће довести до тога да комутациони транзистор (као што је МОСФЕТ/ИГБТ) доживи скокове струје обрнутих опоравка при вођењу, повећавајући губитке. На пример, када инвертер од 50 кВ користи традиционалне силиконске диоде, губитак при пребацивању износи 15%; Након замене са СиЦ диодама, губитак је смањен на 5%, а ефикасност је повећана за 2,3%.
Технологија синхроне исправљања: У сценаријима ниског напона и велике струје (као што је 48В ДЦ магистрала), Шоткијеве диоде постају преферирани избор за синхрона исправљачка кола због њиховог ултра-ниског пада напона (0,15-0,45В) и карактеристика брзог опоравка, што може смањити губитке проводљивости за 40% -60%.
2, Сценарио примене: Типична имплементација вишеенергетског прекидача
1. Координирана контрола мреже за складиштење фотонапонске енергије из три извора
У интегрисаном систему за складиштење светлости, диоде се користе у комбинацији да би се постигло флексибилно пребацивање више извора енергије

Улазни степен исправљања: Фотонапонски ДЦ се исправља помоћу диоде за брзи опоравак и повезује паралелно са излазом батерије за складиштење енергије на ДЦ магистралу. Диода изолује фотонапон и батерију, спречавајући да се батерија поново напуни на фотонапонску плочу ноћу.
Излазни инвертерски степен: ДЦ магистрала се претвара у наизменичну струју преко инверторског моста, а паралелне диоде слободног хода (као што су ултрабрзе диоде за опоравак) обезбеђују слободно кретање када је прекидачки транзистор искључен, избегавајући скокове напона узроковане изненадним променама енергије индуктивности.
Пребацивање на мрежу прикључено/искључено: Када електрична мрежа откаже, статички прекидач изолује електричну мрежу преко диода, а систем се пребацује у режим искључене мреже; Након обнављања напајања, алгоритам синхронизације прилагођава излазну фазу претварача како би диода радила обрнуто, постижући беспрекорну мрежу.
2. Двосмерни ток снаге станица за пуњење електричних возила
У В2Г (Вехицле то Грид) технологији, диоде подржавају двосмерну размену енергије између батерије и мреже:

Режим пуњења: АЦ снага из мреже се претвара у једносмерну струју преко исправљачких диода за пуњење батерије. У овом тренутку, диода спречава да енергија батерије тече назад у мрежу.
Режим пражњења: Једносмерна струја батерије се претвара у наизменичну струју кроз инвертерску диоду и доводи у електричну мрежу. Силицијум карбидне диоде, са својим ниским ТРР карактеристикама, могу смањити губитке при пребацивању за преко 30% и побољшати ефикасност пражњења.
Двосмерна ДЦ/ДЦ контрола: БУЦК-БООСТ коло се пребацује између пуњења и пражњења контролишући смер струје индуктора између батерије и ДЦ магистрале. Диода изолује двосмерни ток снаге током овог процеса, обезбеђујући да се енергија преноси једносмерно до циљаног краја.
3, Стратегија одабира: Уметност балансирања између ефикасности и трошкова
1. Сортирање приоритета параметара
High frequency scenario: trr>Vf>PIV>трошак. На пример, у инверторима са фреквенцијама пребацивања изнад 100 кХз, силицијум карбидне диоде су једина опција.
Low voltage and high current scenarios: Vf>cost>trr>ПИВ. У систему од 48В ДЦ, Шоткијеве диоде могу значајно смањити губитке у проводљивости.
High reliability scenario: temperature stability>PIV>trr>Вф. Инвертори електричних возила треба да дају приоритет одабиру диода са негативним температурним коефицијентом (Вф опада са повећањем температуре), као што су СиЦ уређаји.
2. Дизајн амбалаже и одвођења топлоте
Сценарио мале снаге: Дајте приоритет СМА/СМБ паковању (као што је СС14 Шоткијева диода) да бисте уштедели простор на штампаној плочи.
Сценарио велике снаге: коришћење паковања ТО-220 или ТО-247, у комбинацији са хладњацима или системима за течно хлађење. На пример, фотонапонски инвертер од 100 кВ користи СиЦ диоде упаковане у ТО-247, са температуром споја контролисаном унутар 125 степени.
3. Балансирање трошкова и учинка
Сценарио са ограниченим буџетом: У претварачу фреквенције снаге, могу се изабрати силиконске диоде серије 1Н4007 (кошта око 0,1 јуана/јединици), али је губитак ефикасности око 1%.
Сценарио високих перформанси: Иако је цена диода од силицијум карбида висока (око 5 јуана/јединици), оне могу побољшати ефикасност за више од 2% и могу се користити дуго времена за надокнаду трошкова. На пример, након усвајања СиЦ уређаја у фотонапонској електрани од 1МВ, годишња производња електричне енергије порасла је за 210 000 кВх, а период поврата инвестиције био је само 1,8 година.
4, Практични случај: Скок ефикасности фотонапонских претварача
Фотонапонски инвертер од 5кВ је првобитно користио силицијумске диоде 1Н4007, са измереном ефикасношћу од 95,3%. Кроз следеће оптимизације:

Улазно исправљање: замењено са ГБЈ801 премосницом (Вф=1.1В, трр=500нс), ефикасност повећана на 95,8%.
Слободно кретање излаза: Коришћењем МУР860 ултра брзе диоде за опоравак (трр=35нс), ефикасност је побољшана на 96,5%.
ДЦ-ДЦ појачање: Увођењем Ц3Д06060А силицијум карбидне диоде (трр=10нс), ефикасност на крају достиже 97,2%.
Економска анализа: Након оптимизације, годишња производња електричне енергије порасла је за 4,2%. Израчунато по цени од 0,5 јуана по киловат сату, годишњи приход је повећан за 1050 јуана; Цена опреме је порасла за 800 јуана, а период поврата инвестиције је само 0,8 година.