Bagaimana untuk mencapai pengasingan semasa diod dalam sistem penyongsang peringkat -?

一, asas fizikal pengasingan semasa diod
Keupayaan pengasingan teras diod berasal dari kekonduksian unidirectional persimpangan PN. Apabila berat sebelah ke hadapan, lubang di rantau P dan elektron di rantau N meresap untuk membentuk jalan rintangan yang rendah, dan rintangan pada boleh serendah 0.1 Ω; Apabila terbalik berat sebelah, lebar lapisan kekurangan berkembang dengan voltan yang semakin meningkat, membentuk pengasingan impedans tinggi tahap megaohm dan menyekat keupayaan arus terbalik sehingga tahap mikro. Ciri konduktif asimetrik ini menjadikannya peranti pengasingan semasa semulajadi.

Dalam sistem penyongsang peringkat -, diod mencapai pengasingan peringkat antara dengan membina laluan semasa unidirectional. Sebagai contoh, dalam penyongsang fotovoltaik peringkat dua -, diod pengasingan yang disambungkan selari pada output depan - akhir dc/dc converter boleh menghalang aliran balik semasa yang disebabkan oleh kesalahan di belakang {{4} Data eksperimen menunjukkan bahawa apabila menggunakan diod isyarat 1N4148, arus kebocoran terbalik hanya 0.1 μ A pada voltan terbalik 50V, dan pengasingan berkesan melebihi 99.999%.

2, aplikasi pengasingan biasa dalam sistem penyongsang peringkat -
1. Pemilihan Laluan Kuasa untuk Cascaded H - Inverter Bridge
Dalam cascaded H - jambatan statcom (pemampas segerak statik), masing -masing h - unit jambatan disambungkan selari melalui kapasitor sisi DC. Apabila kesalahan litar pintas kapasitor DC berlaku di unit tertentu, diod Schottky (seperti SB560, dengan penurunan voltan ke hadapan 0.5V) yang disambungkan selari dengan kedua -dua hujung kapasitor secara automatik boleh menghalang penyebaran arus kesalahan ke unit sihat yang lain. Simulasi menunjukkan bahawa skim ini membolehkan sistem melengkapkan pengasingan kesalahan dalam 0.1ms, iaitu tiga pesanan magnitud lebih cepat daripada skim relay tradisional dalam kelajuan tindak balas.

2. Sub Modul Pengasingan Modular Multilevel Converter (MMC)
Submodul MMC mengamalkan struktur jambatan separuh. Apabila voltan kapasitor submodul tidak seimbang, siri ini disambungkan diod pemulihan cepat (seperti RF306, masa pemulihan terbalik 35Ns) dapat menghalang kapasitor overcharging. Mengikut data projek penghantaran ± 500kV DC Tennet di Jerman, selepas mengadopsi skim ini, pelbagai voltan kapasitor submodule menurun dari ± 15% hingga ± 3%, dan kecekapan sistem meningkat sebanyak 1.2 mata peratusan.

3. Reka bentuk bekalan kuasa yang berlebihan untuk penyongsang grid fotovoltaik
Dalam penyongsang fotovoltaik rentetan, pelbagai MPPT (Penjejakan Power Point Maksimum) saluran digunakan untuk mencapai redundansi kuasa melalui diod atau litar pintu. Apabila kuasa output saluran tertentu berkurangan disebabkan oleh halangan bayangan, diod Schottky (seperti MBR2045CT, dengan penurunan voltan ke hadapan 0.32V) secara automatik beralih ke saluran yang sihat untuk memastikan kuasa output yang stabil. Ujian telah menunjukkan bahawa skim ini dapat meningkatkan penjanaan kuasa tatasusunan fotovoltaik sebanyak 8% -12%, terutama dalam senario yang dihalang sebahagiannya di mana kelebihannya adalah penting.

3, Pengoptimuman Kejuruteraan dan Strategi Peningkatan Prestasi
1. Pemilihan diod kerugian rendah
Penurunan voltan ke hadapan (0.6-0.7V) diod silikon tradisional boleh menyebabkan kerugian besar dalam aplikasi semasa yang tinggi. Menggunakan silikon karbida (SIC) Schottky diod (seperti C3D06060A, penurunan voltan ke hadapan) 1.3v@10a) ia dapat mengurangkan kehilangan konduksi sebanyak 60%. Dalam penyongsang fotovoltaik 100kW, skim ini mengurangkan kerugian diod dari 120W hingga 48W dan meningkatkan kecekapan sistem sebanyak 0.05 mata peratusan.

2. Pengoptimuman ciri pemulihan terbalik
Dalam aplikasi suis frekuensi tinggi -, masa pemulihan terbalik (TRR) diod secara langsung mempengaruhi kerugian suis. Penggunaan diod pemulihan cepat (seperti FR307, TRR =100 ns) dapat mengurangkan kerugian penukaran IGBT sebanyak 35% berbanding dengan penerus biasa (TRR =500 ns). Selepas mengadopsi skim ini, kecekapan beban penuh penyongsang siri Siemens Sirius meningkat dari 98.2% kepada 98.7%.

3. Penyelesaian pengasingan bersepadu
Pengawal diod yang ideal berdasarkan MOSFET (seperti LM5050) mencapai masa pemulihan sifar sifar melalui kawalan aktif. Dalam Sistem Penyimpanan Tenaga Megapack Tesla, penyelesaian ini mengurangkan kehilangan pengasingan kluster antara 2.5W hingga 0.3W, dan meningkatkan kecekapan kitaran sistem sebanyak 0.2 mata peratusan. Pada masa yang sama, penurunan voltan konduksi 0.05V dikurangkan sebanyak 90% berbanding diod tradisional, meningkatkan kecekapan penukaran tenaga.

4, Trend Teknologi Frontier
1. Penggunaan peranti semikonduktor bandgap yang luas
Gallium nitride (GaN) diodes are gradually replacing silicon devices in high-end fields such as 5G base station power supplies and aerospace power supplies due to their ultra-low on resistance (0.1m Ω· cm ²) and high-frequency characteristics (fT>1GHz). EPC2054 GAN diod yang dilancarkan oleh syarikat EPC mempunyai penurunan voltan ke hadapan hanya 0.2V pada arus 10A, iaitu 85% lebih rendah daripada peranti SIC.

2. Integrasi teknologi pengasingan pintar
Modul diod pintar yang digabungkan dengan teknologi kawalan digital dapat mencapai pampasan drop voltan dinamik dan ramalan kesalahan. Siri grid kuasa diodis pengasingan pintar yang dilancarkan oleh syarikat ABB memantau parameter seperti suhu persimpangan dan arus dalam masa nyata melalui binaan - dalam sensor, dan memberi amaran potensi kesalahan 0.5ms terlebih dahulu, meningkatkan masa purata sistem antara kegagalan (MTBF) hingga 200000 jam.

5, Pertimbangan Utama dalam Amalan Kejuruteraan
1. Reka bentuk sepadan parameter
Pemilihan diod memerlukan pertimbangan komprehensif penurunan voltan ke hadapan (VF), masa pemulihan terbalik (TRR), voltan terbalik maksimum (VRRM), dan arus dinilai (IF). Sebagai contoh, dalam sistem photovoltaic 1500V, diod dengan VRRM lebih besar daripada atau sama dengan 1800V perlu dipilih, dan margin semasa 30% harus dikhaskan.

2. Pengoptimuman Pengurusan Thermal
Dalam aplikasi kuasa tinggi -, kawalan suhu simpang diod adalah penting. Skim pelepasan haba komposit menggunakan gris silikon konduktif terma (rintangan terma 0.5 darjah /w) dan substrat aluminium (rintangan terma 1 darjah /w) dapat mengurangkan suhu persimpangan dari 125 darjah hingga 85 darjah di bawah 100A arus, memanjangkan kehidupan peranti lebih dari tiga kali.

3. Reka bentuk keserasian elektromagnet
Bunyi di/dt yang dihasilkan oleh suis diod perlu ditindas oleh litar penampan RC. Dalam penyongsang 10kW, litar penampan menggunakan kapasitor filem 0.1 μ f dan 10 Ω resistor dapat mengurangkan overshoot voltan dari 50V hingga 5V, memenuhi standard keserasian elektromagnet IEC 61000-4-5.

6, Kes Permohonan Industri
1. Huawei sun2000-125ktl penyongsang photovoltaic
Produk ini mengamalkan topologi jambatan H -, dengan setiap h - output jambatan yang disambungkan selari dengan diod pemulihan cepat (BYV29-1000, TRR =50 ns) untuk mencapai pengasingan semasa tahap antara tahap. Data ujian sebenar menunjukkan bahawa dalam senario sebahagiannya terhalang, penjanaan kuasa sistem meningkat sebanyak 9.3% berbanding penyelesaian tradisional, dan kecekapan di Eropah mencapai 98.8%.

2. Siemens Sicam AIS Stabilizer
Dalam aplikasi StatCom, peranti menggunakan modul diod karbida silikon (C4D20120D) untuk mengurangkan kerugian penukaran submodule sebanyak 40%. Pengukuran sebenar grid kuasa Jerman menunjukkan bahawa masa tindak balas sistem telah dipendekkan dari 10ms ke 3ms, dan kapasiti sokongan kuasa reaktif dinamik telah meningkat sebanyak tiga kali.