Kako diode rade u sistemima povratne energije?

一, Tehničke karakteristike dioda: fizička osnova za povratnu energiju
Dioda je struktura PN spoja koju čine poluvodič tipa P- i poluvodič tipa N-, a njene osnovne karakteristike uključuju:

Jednosmjerna provodljivost: Provodi kada je prednapon (sa naponom provodljivosti od približno 0,6-0,7V za silicijumske tranzistore i 0,2-0,5V za Šotkijeve diode), i isključuje se kada je pristrasan obrnuto (sa prisutnom strujom povratnog curenja samo na nivou mikroampera).
Mogućnost brzog prebacivanja: Reverzno vrijeme oporavka Schottky dioda je blizu nule, a vrijeme obrnutog oporavka dioda od silicijum karbida (SiC) može se skratiti na manje od 10 nanosekundi.
Karakteristike naponske i strujne otpornosti: Industrijske diode mogu izdržati hiljade volti i imaju prolaznu strujnu otpornost koja prelazi stotine ampera.
Ove karakteristike mu omogućavaju da obavlja tri osnovne funkcije u sistemima povratne energije:

Rektifikacija: Početni proces pretvaranja naizmjenične struje u jednosmjernu za postizanje povratne energije;
Kontinuirana struja: U krugovima pogona motora ili invertera, on osigurava strujni put za induktivna opterećenja kako bi se spriječili skokovi napona;
Zaštita: Izolirajte obrnuti napon kako biste spriječili udar na opremu na strani napajanja tokom procesa povratne energije.
2, Tipični scenariji primjene: od novih energetskih vozila do industrijskog skladištenja energije
1. Novi energetski sistem za povrat energije kočenja vozila
Tokom procesa kočenja električnih vozila, motor glavčine kotača prelazi iz režima vožnje u način generiranja, proizvodeći trofaznu naizmjeničnu struju. U ovom trenutku, diodni ispravljački most (obično sastavljen od 6 dioda) pretvara izmjeničnu struju u istosmjernu, koju zatim pojačava inverter i puni u bateriju. Logika rada je sledeća:

Energy management strategy: The brake controller dynamically adjusts the recovery intensity based on the battery SOC (remaining charge). When SOC>80%, poništavanje povrata energije; Kada je SOC<70%, full power recovery occurs.
Zahtjevi za odabir dioda: Koristite Schottky diode ili SiC diode s malim padom napona naprijed kako biste smanjili gubitke provodljivosti. Na primjer, nakon upotrebe SiC Schottky dioda u određenom modelu automobila, efikasnost oporavka od kočenja porasla je za 3%, a domet se povećao za 5 kilometara.
Dizajn upravljanja toplotom: U uslovima visoke struje, pakovanje dioda treba da usvoji nisku toplotnu otpornost TO-247 ili DFN8 × 8 strukturu, u kombinaciji sa sistemom za hlađenje tečnosti kako bi se osigurala temperatura spoja manja ili jednaka 150 stepeni.
2. Jedinica za povratnu energiju za industrijske frekventne pretvarače
Tokom faze usporavanja opreme kao što su dizala i dizalice, motor je u stanju generiranja, a generirana električna energija se vraća nazad u kondenzator DC magistrale kroz diodni ispravljački most. Ako postoji višak energije, kombinacija IGBT-a i diode u IPM-u (Intelligent Power Module) se koristi za pretvaranje istosmjerne struje u AC napajanje i vraćanje u mrežu. Njegovi tehnološki vrhunci uključuju:

Efikasno ispravljanje: korištenjem brzih dioda za oporavak (FRD) ili SiC dioda, vrijeme povratnog oporavka je skraćeno na 1/10 tradicionalnih silikonskih cijevi, a gubitak pri prebacivanju je smanjen za 70%.
Kontrola sinhronizacije mreže: Korištenjem faze-zaključane petlje (PLL), struja povratne veze i napon mreže su sinhronizovani po frekvenciji i fazi, sa faktorom snage većim ili jednakim 0,99.
Zaštitni mehanizam: TVS (prilazno suzbijanje napona) dioda hvata naponske skokove kako bi se spriječilo oštećenje opreme uzrokovano udarima groma ili prenaponom.
3. Dvosmjerni pretvarač za elektranu za skladištenje energije
U scenariju brijanja vršnih tokova električne mreže, sistem za skladištenje energije postiže prebacivanje pražnjenja punjenja putem dvosmjernih DC/DC pretvarača. Dioda igra 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 krug invertera kako bi se osigurao nesmetan izlaz energije.
Uzimajući za primjer sistem za skladištenje energije u kontejneru od 20 stopa, njegov BMS (Battery Management System) koristi 1600-1800 TVS i Schottky diode za balansiranje baterije, zaštitu od prenapona i anti-reverznu vezu. Nakon usvajanja Trench Schottky dioda, efikasnost sistema je porasla za 0,4%, a godišnja ušteda energije jedne kutije premašila je 1000 kWh.