Kako odabrati diode prikladne za fotonaponske pretvarače?

一, Osnovna uloga dioda u fotonaponskim inverterima
Fotonaponski invertori se uglavnom sastoje od kola za pojačavanje, inverterskih mostova i krugova za filtriranje. Funkcije dioda mogu se podijeliti u tri kategorije:
Zaštita od povratnog toka: U krugu pojačanja, diode i induktori sarađuju kako bi spriječili povratni tok struje da ošteti cijev prekidača. Na primjer, u Boost boost krugu, dioda za brzi oporavak treba da izdrži napon od 400V i struju od 11A kako bi se osigurao jednosmjerni prijenos energije.
Prevencija i kontrola vrućih tačaka: U strujnom inverteru, bypass dioda je povezana obrnuto paralelno sa nizom baterije. Kada je određena baterija blokirana, dioda vodi do kratkog-spajanja neispravne baterije, izbjegavajući potrošnju energije na vrućim tačkama. Podaci testa komponente od 280W pokazuju da je nakon konfigurisanja bypass diode temperatura u području vruće tačke smanjena sa 185 stepeni na 65 stepeni, a gubitak efikasnosti sa 32% na 5%.
Slobodni hod inverterskog mosta: U punom mostnom inverterskom krugu, dioda slobodnog hoda osigurava stazu slobodnog hoda struje induktora kako bi se spriječilo oštećenje prekidačkog tranzistora zbog skokova napona. Određeni mikro inverter koristi HER108 brzu povratnu diodu (vrijeme oporavka 75ns), što smanjuje komutacijske gubitke za 40%.
2, Sedam osnovnih parametara za odabir dioda
1. Nazivni napon (VRRM)
Potrebno je zadovoljiti marginu od 1,5-2 puta maksimalnog obrnutog napona fotonaponskog sistema. Uzimajući za primjer 60 baterijskih modula, napon otvorenog kola (Voc) je oko 40V. S obzirom na temperaturni koeficijent (-0,38%/stepen) i broj serijskih veza, maksimalni reverzni napon na ulazu pretvarača može dostići 600V. Stoga, treba odabrati diode sa VRRM većim ili jednakim 800V, kao što je Infineon IDH10G120C5S (1200V/10A).
2. Nazivna struja (IF)
Odabir bi trebao biti zasnovan na 1,2-1,5 puta maksimalnoj radnoj struji fotonaponskog sistema. Uzimajući za primjer komponentu od 250 W, struja kratkog-spoja (Isc) je 8,5 A. Nakon razmatranja margine, treba odabrati diodu sa IF većim ili jednakim 12,75A. Određeni mikro inverter usvaja STF20NM60D MOSFET sa ugrađenom diodom (IF=20A) i uspješno prolazi test preopterećenja od 200%.
3. Pozitivan pad napona (VF)
Za svakih 0,1V smanjenja VF, efikasnost komponente se povećava za 0,3%. Primjena poluvodičkih materijala treće{3}}generacije značajno smanjuje VF:
Silikonska dioda: VF ≈ 0,7V (kao što je 1N4007)
Ultra brza dioda za oporavak: VF ≈ 0,55V (kao što je MUR860)
Silicijum karbid (SiC) Schottky dioda: VF ≈ 0,35 V (kao što je C3D08060A)
Nakon usvajanja SiC dioda u određenom centraliziranom pretvaraču od 500 kW, godišnja proizvodnja električne energije porasla je za 2,1%, što je ekvivalentno dodatnih 10500 kWh proizvodnje električne energije godišnje.
4. Obrnuto vrijeme oporavka (trr)
U aplikacijama sa visoko-prekidačem, TRR direktno utiče na efikasnost sistema. Tradicionalne silicijumske diode mogu postići TRR od nekoliko stotina nanosekundi, dok ga SiC diode mogu skratiti na manje od 10ns. Podaci ispitivanja određenog serijskog pretvarača pokazuju da zamjena dioda za brzi oporavak SiC diodama smanjuje komutacijske gubitke za 65% i poboljšava efikasnost sistema za 0,8%.
5. Toplotni otpor (Rth)
Toplotni otpor odražava sposobnost odvođenja topline i direktno utječe na vijek trajanja uređaja. Inverter od 20 kW koristi SiC diode upakovane u TO-247 (Rth=0.5 stepen /W), što smanjuje temperaturu spoja za 40 stepeni i produžava očekivani životni vek za tri puta u poređenju sa silikonskim diodama upakovanim u TO-220 (Rth=1.2 stepen /W).
6. Radna temperatura (Tj)
Fotonaponski sistemi se često suočavaju sa ekstremnim okruženjima u rasponu od -40 stepeni do 85 stepeni. Temperatura radnog spoja SiC dioda može doseći 200 stepeni, dok su silicijumske diode obično ograničene na 150 stepeni. Nakon usvajanja temperaturnih dioda sa širokim spojem, stopa kvara pustinjske fotonaponske elektrane smanjena je sa 0,8% godišnje na 0,2% godišnje.
7. Forma pakovanja
Odaberite na osnovu instalacijskog prostora i zahtjeva za rasipanje topline:
Mali distribuirani sistemi: SMB/SMD enkapsulacija (kao što je SS14)
Inverter na struju: paket TO-220/TO-247
Centralizirani inverter: pakovanje modula D2PAK/IPM
3, Industrijska praksa i tipični slučajevi
1. Huaweijevo inteligentno fotonaponsko rješenje
Huawei SUN2000-50KTL inverter usvaja samorazvijeni SiC hibridni modul, koji integriše 6 1200V/20A SiC diode. Stvarni podaci testa pokazuju da:
Maksimalna efikasnost 98,65%
Evropska efikasnost 98,4%
10-godišnje slabljenje snage<2%
Ova šema je primenjena na fotonaponsku elektranu od 300 MW u Talatanu, Qinghai, sa sistemskim PR (odnosom performansi) od 84,7%
2. Sunshine strujni inverter napajanja
SG125HV inverter usvaja tehnologiju "tri-topologije + SiC dioda", sa sljedećim ključnim parametrima:
Opseg ulaznog napona: 500-1500V
Maksimalna efikasnost od 99%
MPPT kanali: 12 kanala
Konfiguracija diode: Svaki MPPT je opremljen sa 2 600V/15A ultrabrzim diodama za oporavak
Ovaj proizvod je certificiran od strane T Ü V Rheinland IEC 62109 i radio je 3 godine u elektrani od 200 MW u Brazilu bez ikakvih zapisa o kvaru dioda.
3. Guriwatt mikro inverter
Mikro inverter MID 1500-2000TL3-X ima integrisani dizajn:
Gustina snage: 1.2kW/L
Konfiguracija diode: 4 60V/10A Schottky diode (veličina pakovanja SOD-123FL)
Stepen zaštite: IP67
Ovaj proizvod je prošao UL1741 certifikaciju i radi već 5 godina u stambenom krovnom projektu u Kaliforniji, SAD, sa stopom kvara dioda od<0.01%.
4, Zablude i rješenja u odabiru
1. Zabluda 1: Zanemarivanje uticaja temperaturnog koeficijenta
Određeni proizvođač invertera koristio je konvencionalne diode u projektima na velikoj-visini, što je rezultiralo prekomjernom temperaturom spoja ljeti. Rješenje:
Odaberite uređaje široke temperature sa Tj većim ili jednakim 175 stepeni
Korištenje termalne simulacije za optimizaciju dizajna odvođenja topline
Povećajte nadzor temperature i zaštitu od smanjenja snage
2. Zabluda 2: Pretjerana težnja za niskim troškovima
Određeni distribuirani projekat koristio je diode neautomobilskog kvaliteta, što je rezultiralo stopom kvara od 15% u roku od 3 godine. Rješenje:
Dajte prioritet AEC-Q101 certificiranim uređajima
Zatražite od dobavljača da obezbijede procedure odobrenja PPAP proizvodnih dijelova
Sprovedite 100% X-inspekciju ulaznih materijala
3. Zabluda 3: Ignoriranje umanjivanja kvaliteta dizajna
Centralizirani pretvarač doživio je pregrijavanje diode i oštećenje tijekom rada pod punim opterećenjem. Rješenje:
Prema IEC 60146-1-1 standardu za smanjenje performansi dizajna:
Smanjenje napona: 70% VRRM
Smanjenje struje: 60% IF
Smanjenje snage: 50% PDM