Kako diode rade u sustavima povratne energije?

一, Tehničke karakteristike dioda: fizikalna osnova za povratnu vezu energije
Dioda je struktura PN spoja koju čine poluvodič tipa P- i poluvodič tipa N-, a njezine osnovne karakteristike uključuju:

Jednosmjerna vodljivost: Vodi kad je prednapon (s naponom vodljivosti od približno 0,6-0,7 V za silicijske tranzistore i 0,2-0,5 V za Schottky diode), a isključuje se kada je unazad (sa samo mikroamperskom reverznom strujom curenja).
Mogućnost brzog prebacivanja: Obrnuto vrijeme oporavka Schottky dioda je blizu nule, a obrnuto vrijeme oporavka dioda od silicij karbida (SiC) može se skratiti na manje od 10 nanosekundi.
Karakteristike napona i strujnog otpora: industrijske diode mogu izdržati tisuće volti i imaju otpornost na prolaznu struju koja premašuje stotine ampera.
Ove karakteristike omogućuju mu da obavlja tri ključne funkcije u sustavima povratne informacije o energiji:

Ispravljanje: Početni proces pretvaranja izmjenične struje u istosmjernu kako bi se postigla povratna energija;
Kontinuirana struja: u strujnim krugovima motornog pogona ili invertera, osigurava strujni put za induktivna opterećenja kako bi se spriječili skokovi napona;
Zaštita: Isključite povratni napon kako biste spriječili utjecaj na opremu na strani napajanja tijekom procesa povratne energije.
2, Tipični scenariji primjene: od novih energetskih vozila do industrijskog skladištenja energije
1. Novi energetski sustav povrata energije kočenja vozila
Tijekom procesa kočenja električnih vozila, motor glavčine kotača prebacuje se iz načina vožnje u način generiranja, proizvodeći tro-faznu izmjeničnu struju. U ovom trenutku diodni ispravljački most (obično sastavljen od 6 dioda) pretvara izmjeničnu struju u istosmjernu, koju zatim pojačava pretvarač i puni u bateriju. Logika rada je sljedeća:

Energy management strategy: The brake controller dynamically adjusts the recovery intensity based on the battery SOC (remaining charge). When SOC>80%, otkazati povrat energije; Kada je SOC<70%, full power recovery occurs.
Zahtjevi za odabir diode: Koristite Schottky diode ili SiC diode s malim padom napona prema naprijed kako biste smanjili gubitke vodljivosti. Na primjer, nakon korištenja SiC Schottky dioda u određenom modelu automobila, učinkovitost oporavka kočenja povećala se za 3%, a domet se povećao za 5 kilometara.
Dizajn upravljanja toplinom: U uvjetima visoke struje, pakiranje dioda treba usvojiti strukturu niskog toplinskog otpora TO-247 ili DFN8 × 8, u kombinaciji sa sustavom tekućeg hlađenja kako bi se osigurala temperatura spoja manja od ili jednaka 150 stupnjeva.
2. Energetska povratna jedinica za industrijske frekvencijske pretvarače
Tijekom faze usporavanja opreme kao što su dizala i dizalice, motor je u stanju generiranja, a generirana električna energija vraća se nazad u kondenzator istosmjerne sabirnice preko diodnog ispravljačkog mosta. Ako postoji višak energije, kombinacija IGBT-a i diode u IPM (Intelligent Power Module) koristi se za pretvaranje istosmjerne struje u izmjeničnu struju i vraćanje natrag u mrežu. Njegovi tehnološki vrhunci uključuju:

Učinkovito ispravljanje: upotrebom dioda za brzi oporavak (FRD) ili SiC dioda, obrnuto vrijeme oporavka skraćeno je na 1/10 u odnosu na tradicionalne silikonske cijevi, a gubitak pri preklapanju smanjen je za 70%.
Kontrola sinkronizacije mreže: upotrebom tehnologije fazno-zaključane petlje (PLL), povratna struja i mrežni napon sinkronizirani su u frekvenciji i fazi, s faktorom snage većim ili jednakim 0,99.
Zaštitni mehanizam: TVS (prigušivanje prijelaznog napona) dioda hvata skokove napona kako bi spriječila oštećenje opreme uzrokovano udarima groma ili prenaponom.
3. Dvosmjerni pretvarač za elektranu za pohranu energije
U scenariju smanjenja vršnog opterećenja mreže, sustav za pohranu energije postiže preklapanje pražnjenja punjenja putem dvosmjernih DC/DC pretvarača. Dioda ima dvostruku ulogu u ovom procesu:

Način punjenja: Kao komponenta ispravljača, pretvara izmjeničnu struju u istosmjernu i pohranjuje je u bateriju;
Način pražnjenja: Kao dioda slobodnog hoda, osigurava strujni put za inverterski krug kako bi se osigurao glatki izlaz energije.
Uzimajući za primjer sustav za pohranu energije kontejnera od 20 stopa, njegov BMS (sustav upravljanja baterijama) koristi 1600-1800 TVS i Schottky diode za balansiranje baterije, zaštitu od prenapona i anti reverznu vezu. Nakon usvajanja Trench Schottky dioda, učinkovitost sustava porasla je za 0,4%, a godišnja ušteda energije jedne kutije premašila je 1000 kWh.