Како побољшати капацитет струје кроз паралелне диоде?

一, Физичка основа и предности паралелне технологије
Основни принцип паралелног повезивања диода заснива се на механизму преусмеравања струје. У теорији, када се Н диода са идентичним параметрима споје паралелно, укупни капацитет струје може се повећати на Н пута већи од једног уређаја. На пример, у колу исправљача од 50А, коришћењем три МУР2020с (називна струја 20А) паралелно, теоретски се може постићи способност обраде струје од 60А. Ова метода проширења има значајне предности:

Оптимизација трошкова: У поређењу са коришћењем једног уређаја велике струје, паралелна шема може смањити трошкове комбиновањем стандардних уређаја. На пример, одређени пројекат фотонапонског инвертера смањује трошкове за 40% паралелним повезивањем четири СС34 Шоткијеве диоде (називна струја 3А) да би се заменио један уређај од 12А.
Редундантни дизајн: Паралелне структуре природно имају толеранцију на грешке. Када диода поквари, преостале компоненте и даље могу да одржавају делимичну функционалност, значајно побољшавајући поузданост система. Након усвајања шеме паралелног повезивања за УПС напајање у одређеном дата центру, МТБФ (средње време између кварова) је повећано на 200000 сати.
Поједностављено одвођење топлоте: Струја се распршује између више уређаја, смањујући густину топлоте у једној тачки, што је корисно за поједностављење дизајна одвођења топлоте. У одређеном модулу за пуњење електричног возила, паралелна шема смањује површину хладњака за 30% и контролише пораст температуре унутар 45 степени.
2, Основни изазови и механизми неуспеха паралелног дизајна
Иако паралелна технологија има значајне предности, два кључна питања треба да се позабаве у практичним инжењерским апликацијама:

Неравномерна дистрибуција струје: Због одступања у производном процесу, постоји разлика од преко 0,1В у паду напона унапред (В_Ф) чак и за диоде истог модела. Уређаји са нижим ВФ ће преферентно проводити и подносити већу струју, што ће довести до локалног прегревања. Тест система за праћење фотонапонског низа показује да паралелне диоде са ВФ разликом од 0,15 В могу постићи однос дистрибуције струје од 3:1, а пораст температуре уређаја са високим оптерећењем је 25 степени већи од просечне вредности.
Ризик од топлотног одласка: неуједначена струја може изазвати локално прегревање, додатно смањујући ВФ уређаја и формирајући позитивну повратну спрегу. У одређеном индустријском случају напајања, паралелна шема без мера поделе струје је резултирала кваром целог модула услед прегревања и сагоревања диоде након 2 сата рада под пуним оптерећењем.
3, Стратегије оптимизације и инжењерске праксе за валидацију индустрије
Да би решила горе поменуте проблеме, индустрија је развила зрела решења за оптимизацију која покривају три нивоа: избор уређаја, дизајн кола и управљање топлотом

1. Избор уређаја и усклађивање
Иста серија скрининга: Приоритет треба дати одабиру уређаја из исте производне серије и резању плочица како би се осигурала висока конзистентност у параметрима као што су ВФ и време повратног опоравка (т_рр). Одређени произвођач фотонапонских претварача је стриктно проверавао и контролисао ВФ дисперзију унутар ± 0,05В.
Приоритет Шоткијеве диоде: У поређењу са обичним диодама ПН споја, Шоткијеве диоде имају нижи ВФ (0,3-0,6В) и бољу конзистентност параметара. У сценаријима ниског напона и велике струје (као што су модули за пуњење 12В/20А), Шоткијева паралелна шема побољшава ефекат дељења струје за више од 50% у поређењу са обичним диодама.
Уређаји за паковање са више чипова: коришћење паковања са више чипова које је интерно већ завршило паралелно усклађивање (као што је двоструко Шоткијево паковање), може поједноставити дизајн екстерног кола. Након усвајања оваквих уређаја у одређеном пројекту комуникационе снаге, површина ПЦБ-а је смањена за 40%, а ефикасност монтаже је побољшана за 30%.
2. Оптимизација дизајна кола
Дизајн отпорника за дељење струје: Повежите мале отпорнике (обично 0,1-0,5 Ω) у серију са сваком диодом да бисте постигли равнотежу струје кроз пад напона отпорника. Што је струја већа, то је мања вредност отпора. На пример, у паралелном колу од 100 А, избор отпорника за дељење струје од 0,1 Ω може контролисати одступање дистрибуције струје унутар ± 5%.
Технологија активне дељења струје: За сценарије високе{0}}прецизности потражње, може се усвојити динамичка шема дељења струје која користи паралелне МОСФЕТ-ове. Откривањем струје сваке гране и подешавањем отпора МОСФЕТ-а у реалном-времену, може се постићи прецизна подела струје. Након усвајања ове шеме, тачност дељења струје одређеног напајања сервера је побољшана на ± 2%, а губитак ефикасности је смањен на мање од 0,5%.
Оптимизација распореда и ожичења: Обезбедите симетричан распоред паралелних уређаја, скратите струјне путеве и смањите разлике у паразитној индуктивности. Спецификације дизајна за одређену станицу за пуњење електричних возила захтевају да разлика у дужини паралелних диодних пинова не сме да пређе 0,5 мм да би се смањило звоњење напона при високо-прекидању фреквенције.
3. Ојачати управљање топлотом
Оптимизација структуре дисипације топлоте: За побољшање ефикасности топлотне проводљивости користе се материјали као што су равномерне топлотне плоче и топлотно проводљива силиконска маст. Одређени фотонапонски претварач побољшава уједначеност пораста температуре за 20 степени постављањем плоче за дистрибуцију топлоте испод паралелних диода.
Термичка симулација и верификација: Спроведите термичку симулацију користећи алате као што је АНСИС Ицепак да бисте оптимизовали величину хладњака и брзину вентилатора. Одређени индустријски енергетски пројекат смањио је трошкове одвођења топлоте за 15% кроз симулацију, док је испуњавао ИЕЦ 60068-2-1 стандард за испитивање топлотног удара.
Праћење температуре у реалном времену: Инсталирајте НТЦ термистор на површину кључних компоненти, у комбинацији са МЦУ да бисте постигли заштиту од прегревања. Напајање УПС центра података је скратило време одговора на грешку на мање од 10 мс кроз ово решење.
4, Типични сценарији примене и анализа користи
1. Секундарна ректификација фотонапонског претварача
У струјном претварачу, секундарни исправљач треба да поднесе струју од 10-30А. Након усвајања паралелне шеме Шоткијеве диоде:

Побољшање ефикасности: Губитак проводљивости је смањен са 11В (обична цев за брзи опоравак) на 5В (Шоткијева цев), што резултира повећањем ефикасности за 6 процентних поена.
Побољшање поузданости: МТБФ је повећан са 150000 сати на 250000 сати, а годишња стопа отказа је смањена за 60%.
Оптимизација трошкова: смањење трошкова спецификације за један претварач
8. Израчунато на основу годишње производње од 100000 јединица, постижу се годишња уштеда трошкова
800000.
2. Модул за пуњење електричних возила
У станици за пуњење наизменичне струје од 7 кВ, и степен појачања ПФЦ и степен излазног исправљача захтевају паралелне диоде:

Побољшање густине снаге: Упоредивањем Шотки диода од силицијум карбида, густина снаге је повећана са 0,5кВ/Л на 0,8кВ/Л, а запремина је смањена за 37,5%.
Побољшање ЕМЦ перформанси: Реверзно време опоравка смањено са 50нс (ултрабрза цев за опоравак) на 0нс (Сцхоттки цев), ЕМИ бука смањена за 10дБ.
Смањење трошкова током целог животног циклуса: Иако се цена једног уређаја повећава за 20%, побољшање ефикасности система и смањење трошкова одвођења топлоте резултирају смањењем 5-годишњих укупних трошкова поседовања (ТЦО) за 15%.
3. Високофреквентно исправљање индустријског напајања
У комуникацијском напајању од 48В/100А, усвојена је паралелна ултрабрза диода за опоравак:

Смањени губици при пребацивању: Т-рр је смањен са 300нс на 50нс, смањујући губитке при пребацивању за 80% и повећавајући ефикасност са 92% на 95%.
Супресија излазног таласа: Врх струје повратног опоравка је смањен са 5А на 1А, а излазни напон таласања је смањен са 200мВ на 50мВ.
Побољшана стопа пролазности сертификата: Испуњава захтеве за испитивање пренапона ИЕЦ 61000-4-5, а стопа првог пролаза производа је повећана са 70% на 95%.