Како дизајнирати диодну паралелну структуру у редундантном енергетском систему?

一, Избор уређаја: Подударање параметара на основу сцене
1. Контрола струјног капацитета и дискретности
Редундантни системи морају да се носе са сценаријима отказа једног модула, а паралелне диоде морају да испуне следеће захтеве:

Редундантност називне струје: Називна струја једне цеви треба да буде већа или једнака максималној струји оптерећења система/(број паралелних веза к 0,8), уз резервисану сигурносну маргину од 20%. На пример, у систему од 48В/20А где су 4 цеви повезане паралелно, треба изабрати модел једне цеви од 30А или више.
Конзистентност пада напона унапред: Вф дисперзија Шоткијевих диода треба да буде мања или једнака 5% да би се избегла неравнотежа дистрибуције струје узрокована разликама у паду напона проводљивости. У кућишту новог енергетског возила ОБЦ, четири Шотки диоде од 30 А са Вф девијацијом ± 0,1 В биле су повезане паралелно, а отпорник за дељење струје од 0,2 Ω коришћен је да се постигне одступање струје од<± 5% in the entire temperature range.
2. Реверзне карактеристике и захтеви заштите
Обрнута граница отпорног напона: ВРРМ диоде треба да буде већи или једнак 1,5 пута максималног напона система. На пример, у систему који је повезан са фотонапонском мрежом, напон отвореног кола соларног панела може да достигне 1000В и потребно је изабрати ТВС диоде са ВРРМ већим или једнаким 1500В.
Оптимизација времена повратног опоравка: Ултра брзе диоде за опоравак са Трр<50ns should be selected for high-frequency switching scenarios. In a power supply case of a certain communication base station, UF4007 diodes (Trr=35ns) were used instead of ordinary rectifiers to reduce reverse recovery losses by 70%.
2, Дизајн топологије: балансирање редундансе и изолације
1. Архитектура паралелног дељења струје
Шема пасивне поделе струје: Балансирање струје се постиже серијским повезивањем отпорника за дељење струје ниске индуктивности од 0,1-0,5 Ω. Одређено индустријско ПЛЦ напајање усваја паралелни дизајн са двоструком цеви, а резервна грана се може повезати у року од 10 μс када главна цев поквари. Потрошња струје отпорника за дељење струје контролише се унутар 0,5В.
Шема дељења активне струје: коришћењем активних чипова за дељење струје као што је ЛТЦ4370, динамичка дистрибуција струје се постиже подешавањем напона на капији. У кућишту напајања центра података, паралелни систем са 4 цеви је постигао грешку у дистрибуцији струје оптерећења<± 2% through active current sharing control.
2. Редундантни дизајн изолације
Н+1 редундантна топологија: Главни модул и резервни модул су изоловани диодама како би се осигурало да квар једног модула не утиче на излаз система. Напајање одређене медицинске опреме има 3+1 дизајн редундансе, а резервни модул је изолован од главног кола преко диода, са временом пребацивања квара мањим од 50 μс.
Решење за замену МОСФЕТ-а уназад: У сценаријима који захтевају двосмерну изолацију, два Н-канална МОСФЕТ-а су повезана назад-на-позади и комбинована са ЛТЦ4416 контролним чипом да би се постигла изолација са малим губицима. У кућишту за напајање сервера, ово решење је смањило пад напона проводљивости са 0,45В на 0,03В, што је резултирало повећањем ефикасности за 12%.
3, Управљање топлотом: синергија између дисипације топлоте и поузданости
1. Прорачун потрошње енергије и дизајн одвођења топлоте
Прорачун губитка проводљивости: П=Вф × Иавг, диоде ниске Вф треба да имају приоритет за сценарије велике струје. На пример, под струјом од 12А, потрошња енергије Шотки диоде од 0,45 В достиже 5,4 В, а потребно је инсталирати хладњак; 0,3В СиЦ Шотки диода има потрошњу енергије од само 3,6В и може природно распршити топлоту.
Контрола термичке отпорности: Коришћење паковања ниске топлотне отпорности (као што је паковање ТО-220 са Р θ ЈА=40 степен/В), у комбинацији са топлотно проводљивом силиконском машћу за контролу температуре споја испод 125 степени. У студији случаја модула за пуњење електричног возила, пораст температуре диоде је смањен са 45 степени на 25 степени оптимизацијом површине бакарне фолије ПЦБ-а (веће или једнако 100 мм²/А).
2. Оптимизација распореда и сузбијање паразитних параметара
Контрола паразитске индуктивности: Када је ПЦБ распоред, дужина усмеравања пинова диоде треба да буде<5mm to avoid the formation of oscillation circuits. In a certain photovoltaic inverter case, by arranging parallel diodes on the same side of the PCB, the parasitic inductance was reduced from 12nH to 2nH, and the reverse recovery overshoot voltage was reduced by 60%.
Дизајн термичке спреге: У сценаријима велике густине снаге, заједнички дизајн хладњака се користи да би се обезбедио температурни баланс паралелних диода. У одређеном случају комуникационог напајања, одступање температуре споја је смањено са 15 степени на 5 степени уградњом четири диоде чврсто уз хладњак.
4, инжењерска верификација: затворена-петља од симулације до стварног мерења
1. Верификација симулације
Симулација СПИЦЕ модела: Успоставите ЛТспице модел за диодна паралелна кола да бисте верификовали ефекат дељења струје и топлотну дистрибуцију. У одређеном случају авио-напајања, симулацијом је установљено да постоји струјни неравнотежа од 20% у паралелним диодама. Након оптимизације параметара отпора на дељење струје, неравнотежа је смањена на 5%.
Анализа термичке симулације: ФлоТХЕРМ и други алати се користе за симулацију путање одвођења топлоте и оптимизацију структуре хладњака. У студији случаја шинског транзитног напајања, висина ребара хладњака је подешена са 15 мм на 20 мм кроз симулацију, смањујући максималну температуру споја са 130 степени на 115 степени.
2. Испитивање поузданости
ХАЛТ тестирање: Потврдите ограничења дизајна кроз тестирање животног века високог убрзања. У случају војног напајања, паралелна структура диоде није отказала након 1000 циклуса промене температуре од -40 степени до +125 степени.
ЕМЦ тестирање: Проверите да ли бука коју генерише реверзни опоравак диода испуњава стандард. У студији случаја напајања медицинског уређаја, кондензатор од 100пФ је повезан паралелно преко диоде да би се смањиле интерференције зрачења са 45дБ μВ на 35дБ μВ.
5, Типични случајеви примене
1. Редундантно напајање за комуникационе базне станице
Користећи 4 паралелна напајања од 20А, свако изоловано СР1660 Шоткијевим диодама (16А/60В). Остварите високу поузданост кроз следећи дизајн:

Избор отпорника за дељење струје: цементни отпорник од 0,3 Ω/5В, осигуравајући да струја једне цеви не прелази 15А
Дизајн одвођења топлоте: површина хладњака већа од или једнака 200 цм², температура споја<110 ℃ under natural heat dissipation conditions
Функција заштите: ТВС диода (18В/1кВ) потискује пренапоне, варистор (150В) спречава пренапон
2. Модул за пуњење нових енергетских возила
Замена традиционалних диода са СиЦ МОСФЕТ-овима да би се постигла редунданса са малим губицима:

Топологија: назад-на-назад Ц2М0080120Д СиЦ МОСФЕТ (1200В/80м Ω)
Шема управљања: ЛТЦ4416 драјвер, са падом напона проводљивости од само 0,1В
Побољшање ефикасности: У поређењу са решењима Шоткијевих диода, ефикасност система је повећана са 92% на 96%