Како користити диоде за побољшање ефикасности УПС система напајања?

一, Избор уређаја: Пробој ефикасности од материјала до структуре
1. Динамичка оптимизација диоде за брзи опоравак (ФРД)
Traditional silicon-based fast recovery diodes experience significant losses during high-frequency switching (such as above 10kHz) due to their large reverse recovery charge (Qrr). For example, the 50A FRD matched with a 650V/50A IGBT module has a reverse recovery loss ratio of 35% in UPS inverters. By adopting a soft recovery characteristic design (soft factor S>0,7), ди/дт реверзне струје опоравка се може смањити, а скокови напона узроковани индуктивношћу линије могу бити минимизирани. Истраживање Ренесас Елецтроницс-а показује да смањење величине ФРД чипова на ниво од 30А (у складу са 50А ИГБТ) може смањити укупну потрошњу енергије за 2,5% и уштедети 20% трошкова чипа.

2. Нисконапонске предности Шоткијевих диода
У сценаријима ниског напона и велике струје (као што је 48В ДЦ магистрала), Шоткијеве диоде смањују губитке у проводљивости за 70% у поређењу са обичним силицијумским диодама (ВФ ≈ 1,0В) са малим падом напона унапред (ВФ) од око 0,3В. Модуларно кућиште УПС-а показује да замена традиционалних исправљачких диода Шоткијевим диодама може побољшати ефикасност кола за пуњење за 1,8% и уштедети до 12000 кВх електричне енергије годишње. Треба напоменути да је реверзни пробојни напон Шоткијевих диода обично нижи од 200В, а њихов опсег примене треба проширити серијским повезивањем са више цеви или употребом Шотки диода од силицијум карбида (СиЦ) (са обрнутим отпорним напоном до 650В или више).

3. Високофреквентна револуција силицијум карбидних (СиЦ) диода
СиЦ диоде показују одличне перформансе у високо-УПС-у због свог нултог повратног пуњења (Крр ≈ 0) и стабилности на високој температури (температура споја до 200 степени). Подаци теста фотонапонског претварача од 100кВА показују да замена силицијумског ФРД-а СиЦ диодама смањује губитке прекидача за 62% и повећава ефикасност система са 96,2% на 97,8%. Иако СиЦ диоде коштају 3-5 пута више од силицијумских уређаја, њихове карактеристике смањења запремине за 50% и продужења животног века за 3 пута имају значајне предности у погледу трошкова током целог животног циклуса у сценаријима високе густине као што су центри података.

2, Дизајн топологије: Реконструкција ефикасности од структуре кола до тока енергије
1. Балансирање губитака тро-топологије на три нивоа
У традиционалним-уПС инвертерима са два нивоа, диоде носе пуни напон магистрале (као што је 800В), а губитак повратног повратка расте са квадратом напона. Топологија са три-притегнута диода смањује напон напона диоде на половину напона магистрале (400В) увођењем средњег потенцијала, док смањује величину индуктора за филтрирање за 30%. Након усвајања тро-топологије у великом центру података УПС, ефикасност система је порасла са 94,5% на 96,8%, а годишња емисија угљеника смањена је за 120 тона.

2. Спровођење оптимизације технологије синхроне ректификације
У процесу исправљања излаза УПС-а, традиционални ВФ губици диоде чине велики удео. Технологија синхроне исправљања може смањити губитке исправљања за 80% заменом диода са МОСФЕТ-овима и коришћењем наменских управљачких чипова за контролу њиховог времена проводљивости. Студија случаја УПС-а од 200 кВА је показала да је технологија синхроне исправљања повећала излазну ефикасност са 95% на 97,5%, посебно при малим оптерећењима (20% оптерећење) где је побољшање ефикасности било значајније (достизање 94% у односу на. 91%).

3. Интегрисана иновација идеалног диодног кола
За сценарије пребацивања батерија УПС-а, традиционална кола ОР са диодом пате од губитака напона (ВФ × Ибат) и ризика обрнуте струје. Идеално диодно коло постиже пребацивање без пада напона преко МОСФЕТ-а-на-позади и контролне чипове, и интегрише функције као што су заштита од пренапона и замена у току рада. У одређеној индустријској УПС апликацији, идеална диода смањује губитак батерије са 12В на 0,5В, док елиминише проблем деградације трајања батерије узрокован реверзном струјом.

3, Интеграција система: Побољшање ефикасности од оптимизације једне машине до сарадње у пуном ланцу
1. Оптимизација брзине оптерећења за модуларни дизајн
Модуларни УПС може динамички спавати неактивне модуле кроз Н+Кс дизајн редундансе, повећавајући стопу оптерећења радних модула на 60% -80% (стопа оптерећења код традиционалних торањских УПС-а је обично мања од 50%). Након усвајања модуларног УПС-а у финансијском дата центру, ефикасност система је порасла са 93% на 96%, док су трошкови рада и одржавања смањени за 30% кроз интелигентну функцију спавања. У овом сценарију, диоде треба да испуне захтев ниске топлотне отпорности (Р θ ЈА<10 ℃/W) to adapt to the heat dissipation challenges under high-density packaging.

2. Контрола температуре технологије управљања топлотом
70% губитака диода се претвара у топлоту, а за сваких 10 степени повећања температуре споја, повратно пуњење Крр се повећава за 15% -20%. Коришћењем технологије спајања бакарних копчи уместо традиционалног спајања алуминијумске жице, топлотна отпорност диода се може смањити за 40%; Комбиновањем технологије течног хлађења, температура споја СиЦ диода може се стабилизовати испод 150 степени, додатно ослобађајући потенцијал високофреквентног пребацивања. УПС тест одређене 5Г базне станице показује да шема течног хлађења продужава животни век диоде на више од 15 година (традиционална шема ваздушног хлађења је 8-10 година).

3. Динамичка оптимизација технологије дигиталног управљања
Дигитална контрола заснована на ДСП-у може да прати параметре као што су диода ВФ и Крр у реалном времену, и оптимизује дистрибуцију губитака подешавањем фреквенције пребацивања (као што је динамичко пребацивање са 10кХз на 20кХз). Интелигентни УПС предвиђа промену оптерећења помоћу алгоритма машинског учења и унапред подешава време покретања диоде, тако да ефикасност система варира<0.5% in the full load range, which is three times more stable than the traditional analog control scheme.