Kaip modulinė energijos įranga gali sumažinti energijos suvartojimą naudojant diodus?

一, Techninis principas: koreliacija tarp diodų charakteristikų ir energijos vartojimo efektyvumo didinimo
Pagrindinis diodų energijos vartojimo efektyvumo pranašumas yra mažas tiesioginės įtampos kritimas (Vf) ir greitas grįžtamasis atstatymas (Trr). Tradicinių silicio lygintuvų diodų tiesioginis įtampos kritimas paprastai yra 0,6–0,7 V, o Schottky diodai sumažina Vf iki 0,1–0,4 V per metalines puslaidininkines kontaktines struktūras, o silicio karbido (SiC) Schottky diodai gali jį net sumažinti iki žemiau 0,2 V. Kaip pavyzdį imant 48V/20A sistemą, jei naudojamas Šotkio diodas su Vf=0.4V, laidumo nuostoliai yra 8W; jei naudojamas silicio diodas su Vf=0.7V, nuostoliai siekia 14W, o efektyvumo skirtumas yra reikšmingas.

Atvirkštinis atkūrimo laikas (Trr) yra pagrindinis parametras aukšto{0}}dažnio perjungimo scenarijuose. Įprastų lygintuvų diodų Trr gali siekti šimtus nanosekundžių, todėl perjungimo proceso metu atsiranda atvirkštinė atkūrimo srovė, sukelianti papildomų nuostolių ir įtampos šuolių. Itin greito atkūrimo diodų (pvz., UF4007) Trr galima suspausti iki 35 n, o SiC diodai gali pasiekti beveik nulinės atvirkštinės atkūrimo charakteristikas, sumažindami perjungimo nuostolius daugiau nei 70%.

2, Įrenginio pasirinkimas: scenos parametrų derinimo strategija
1. Srovės talpos ir diskretiškumo valdymas
Modulinės sistemos turi susidoroti su vieno modulio gedimo scenarijais, o lygiagrečiai diodai turi atitikti šiuos reikalavimus:

Nominali srovės perteklius: vieno vamzdžio vardinė srovė turi būti didesnė už didžiausią sistemos apkrovos srovę, padalytą iš (lygiagrečių jungčių skaičius x 0,8), arba jai lygi. Pavyzdžiui, naujų energetinių transporto priemonių įkrovimo modulyje lygiagrečiai prijungti keturi 30A SiC Schottky diodai, kurie gali palaikyti nuolatinę 120A srovės išvestį ir rezervuoti 20% saugos ribą.
Tiesioginės įtampos kritimo nuoseklumas: lygiagrečių diodų Vf dispersija turi būti mažesnė arba lygi 5%. Tam tikru fotovoltinio keitiklio atveju ekranavimo prietaisais, kurių Vf nuokrypis yra ± 0,05 V, srovės pasiskirstymo nuokrypis visame temperatūros diapazone buvo sumažintas iki<± 3%.
2. Atvirkštinės charakteristikos ir apsaugos reikalavimai
Atvirkštinio atsparumo įtampos riba: diodas VRRM turi būti didesnis nei 1,5 karto arba lygus maksimaliai sistemos įtampai. 1500 V fotovoltinio tinklo prijungtoje sistemoje reikia pasirinkti įrenginius, kurių VRRM didesnė nei 2200 V arba lygi.
Atvirkštinės nuotėkio srovės valdymas: esant aukštai temperatūrai, Schottky diodų atvirkštinė nuotėkio srovė gali padidėti iki dešimčių miliamperų. Naudojant plačios juostos medžiagas (pvz., GaN) arba sudėtines struktūras (pvz., barjerinio sluoksnio optimizavimą), 125 laipsnių nuotėkio srovė gali būti sumažinta iki mažesnės nei 1 μA.
3, Topologijos dizainas: Atleidimo ir efektyvumo optimizavimas bendradarbiaujant
1. Lygiagrečios srovės dalijimosi architektūra
Pasyviosios srovės dalijimosi schema: Srovės balansavimas pasiekiamas nuosekliai jungiant 0,1-0,5 Ω mažos induktyvumo srovės dalijimosi rezistorius. Tam tikros ryšio bazinės stoties maitinimo šaltinio atveju taikoma 4 vamzdžių lygiagreti konstrukcija. Sugedus pagrindiniam vamzdžiui, atsarginė atšaka gali perimti per 10 μs, o srovės dalijimosi rezistoriaus energijos suvartojimas kontroliuojamas 0,5 W ribose.
Aktyvios srovės pasidalijimo schema: naudojant aktyviosios srovės dalijimosi lustus, tokius kaip LTC4370, dinaminis paskirstymas pasiekiamas reguliuojant vartų įtampą. Duomenų centro maitinimo šaltinio atveju 4 vamzdžių lygiagreti sistema pasiekė apkrovos srovės paskirstymo klaidą<± 2% through active control.
2. Perteklinės izoliacijos dizainas
N+1 perteklinė topologija: pagrindinis modulis ir atsarginis modulis yra izoliuoti diodais. Tam tikros medicinos įrangos maitinimo šaltinis yra 3+1 perteklinis, o atsarginis modulis yra izoliuotas nuo pagrindinės grandinės per diodus, o gedimo perjungimo laikas yra mažesnis nei 50 μs.
Idealus diodų keitimo sprendimas: valdiklius, tokius kaip LTC4412, valdydami MOSFET, pasiekiama beveik nulinė įtampos kritimo izoliacija. Serverio maitinimo šaltinio atveju šis sprendimas sumažino laidumo įtampos kritimą nuo 0,45 V iki 0,02 V, todėl efektyvumas padidėjo 12%.
4, Inžinerinė praktika: energijos taupymo efektas tipiniuose scenarijuose
1. Naujų energetinių transporto priemonių įkrovimo sistema
Automobiliniame įkroviklyje (OBC) Schottky diodai atlieka ištaisymo ir laisvos eigos funkcijas. Naudojant SiC Schottky diodus su Vf=0.2V, tam tikro modelio transporto priemonės įkrovimo efektyvumas padidintas nuo 92 % iki 95 %, o vieno įkrovimo laikas sutrumpėjo 3–5 minutėmis (pavyzdžiui, 6,6 kW įkroviklį). Kartu aušinimo sistemos energijos sąnaudos sumažintos 30%.

2. Fotovoltinis keitiklis
Styginių keitikliuose diodai naudojami DC pusės konvergencijai ir kintamosios srovės pusės ištaisymui. Tam tikru 100 kW galios fotovoltinės sistemos atveju silicio diodus pakeitus SiC itin greito atkūrimo diodais, keitiklio konversijos efektyvumas padidėjo nuo 98,2% iki 98,8%, o metinė energijos gamyba padidėjo apie 480 kWh.

3. Perteklinis duomenų centro maitinimo šaltinis
48V/100A perteklinio maitinimo sistemoje taikoma aktyviosios srovės pasidalijimo schema su 4 lygiagrečiais vamzdžiais. Optimizuodami PCB išdėstymą (kaiščio maršruto ilgį<5mm) and heat dissipation design (heat sink area ≥ 200cm ²), the diode junction temperature was reduced from 130 ℃ to 105 ℃, and the system MTBF (mean time between failures) was doubled.