Kas yra greito atkūrimo diodas? Kuriuose energijos įrenginiuose tinkami naudoti?

1, Greito atkūrimo diodų techninė esmė
Struktūrinės naujovės: fiziniai PIN struktūros pranašumai
Tradiciniai lygintuvų diodai naudoja PN jungties struktūrą, o atvirkštinio atkūrimo proceso metu išeikvojimo srityje saugomiems nešiniams reikia daug laiko rekombinuoti, todėl atkūrimo laikas yra atvirkštinis mikrosekundėmis. Greito atkūrimo diodai sudaro PIN struktūrą, įterpdami vidinį I sluoksnį tarp P- ir N- tipo silicio sluoksnių. Ši konstrukcija išplečia išeikvojimo srities plotį iki mikrometro lygio ir žymiai sumažina laikmenos talpą. Kaip pavyzdį paėmus CREE C3D serijos silicio karbido greito atkūrimo diodą, jo PIN struktūra sutrumpina atvirkštinio atkūrimo laiką iki mažiau nei 10 nanosekundžių, o tai yra dviem eilėmis daugiau nei tradiciniai silicio {7}pagrįsti įrenginiai.

Technologinis proveržis: sudėtinio centro valdymo technologija
Implantuojant jonus sunkiųjų metalų priemaišas, tokias kaip auksas ir platina, arba naudojant elektronų švitinimo technologiją, į silicio gardelę įvedami gilaus lygio rekombinacijos centrai. Šie rekombinacijos centrai veikia kaip „nešiotojų spąstai“, pagreitindami mažumos nešiotojų rekombinacijos procesą. Eksperimentiniai duomenys rodo, kad FR107 diodų, legiruotų auksu, atvirkštinio atkūrimo įkrova Qrr, lyginant su neleguotais įrenginiais, sumažėja 75%, o atvirkštinio atkūrimo laikas sutrumpėja nuo 2 mikrosekundžių iki 500 nanosekundžių.

Medžiagų naujovės: plačiajuosčio ryšio puslaidininkių atsiradimas
Trečiosios -kartos puslaidininkinių medžiagų, tokių kaip silicio karbidas (SiC) ir galio nitridas (GaN), taikymas dar labiau peržengė fizines silicio -pagrįstų įrenginių ribas. SiC medžiagos juostos plotis yra 3,2 eV, o tai tris kartus viršija silicį. Didelis kritinio gedimo lauko stiprumas (3MV/cm) leidžia įrenginiui pasiekti didesnį atsparumą įtampai ir plonesnį dreifo sluoksnį. „CoolSiC“, kurį paleido „Infineon ™“ Serijos 1200 V greito atkūrimo diodas turi tik 35 nanosekundžių atkūrimo laiką, kai sandūros temperatūra yra 25 laipsniai, ir turi teigiamą temperatūros koeficientą, todėl jį lengva plėsti lygiagrečiai.

2, Pagrindiniai energetikos įrangos taikymo scenarijai
Fotovoltinis keitiklis: efektyvumo revoliucija nuo nuolatinės srovės iki kintamosios srovės
Styginiuose fotovoltiniuose keitikliuose greito atkūrimo diodai atlieka lemiamą vaidmenį konvertuojant DC{0}}AC. Pavyzdžiui, Huawei SUN2000-50KTL-H1 keitiklis, jo padidinimo grandinėje naudojamas MUR1680CT itin greitas atkūrimo diodas (trr=80ns), kuris gali sumažinti perjungimo nuostolius 40 % MPPT sekimo metu. Ypač esant nedidelėms apkrovoms, švelnaus atkūrimo charakteristika veiksmingai slopina įtampos šuoliais, padidindama sistemos euro efektyvumą iki 98,7%.

Elektrinių transporto priemonių įkrovimo krūva: aukšto dažnio ištaisymo efektyvumo proveržis
Tesla V3 įkrovimo stotis naudoja 900 V aukštos įtampos platformą, o STTH1206DI 600 V greito atkūrimo diodas, naudojamas PFC grandinėje, valdomas per 120 nanosekundžių optimizuojant dopingo koncentracijos gradientą. Esant 350 kW įkrovimo galiai, šis įrenginys pasiekia 99,2% lygintuvo modulio efektyvumą, kuris yra 1,5 procentinio punkto didesnis nei tradicinių silicio lygintuvų. Tai gali sutaupyti daugiau nei 20 000 juanių elektros sąskaitų už vieną įkrovimo stotelę per metus.

Pramoninis maitinimo šaltinis: aukšto{0}}dažnio energijos konvertavimas
Emerson CT serijos aukšto -dažnio pramoniniame maitinimo šaltinyje TDAF30A65 650V silicio karbido greito atkūrimo diodas naudojamas prieš lygiagrečiai su IGBT, kad būtų sukurta efektyvi laisvos eigos grandinė. Jo nulinės atvirkštinės atkūrimo srovės charakteristika padidina perjungimo dažnį iki 200 kHz ir pasiekia 5 kW/in³ galios tankį. Lazerinio pjovimo mašinos maitinimo sistemoje šis įrenginys sumažina išėjimo pulsacijos įtampą iki žemiau 0,5%, žymiai pagerindamas apdirbimo tikslumą.

Energijos kaupimo sistema: dvikrypčio keitiklio efektyvumo optimizavimas
BYV26E itin greito atkūrimo diodas, naudojamas CATL energijos kaupimo sistemoje, užtikrina efektyvų energijos srautą dvikrypčiuose DC-DC keitikliuose. Jo unikali anodo trumpojo jungimo struktūra leidžia atvirkštinio atkūrimo minkštumo koeficientui (S=tr/tf) pasiekti 0,3. Akumuliatoriaus įkrovimo ir iškrovimo perjungimo proceso metu įtampos viršijimas kontroliuojamas 5%, pratęsiant akumuliatoriaus elementų ciklo tarnavimo laiką.

3, Pagrindiniai pasirinkimo ir dizaino aspektai
Auksinė parametrų derinimo taisyklė
Įtampos riba: tikroji darbinė įtampa turi būti mažesnė nei 70 % įrenginio vardinės atvirkštinės pasikartojančios didžiausios įtampos VRRM. Pavyzdžiui, 1000 V fotovoltinėje sistemoje reikia pasirinkti įrenginius, kurių VRRM didesnė nei 1200 V arba lygi.
Srovės sumažinimas: vidutinė tiesioginė srovė IF (AV) turėtų būti parinkta remiantis 1,5 karto didesne už faktinę veikimo srovę, o didžiausia tiesioginė srovė IFSM turėtų atlaikyti daugiau nei 2 kartus didesnę už sistemos trumpojo jungimo srovę.
Nuostolių balansas: naudojant didesnius nei 20 kHz dažnius, būtina visapusiškai įvertinti tiesioginio laidumo praradimą (Pon=VF × IF) ir atvirkštinio atkūrimo nuostolius (Psw off=Vr × Irrm × trr × fsw/2) ir pirmenybę teikti itin greito atkūrimo įrenginių su QRr pasirinkimui.<50nC.
Šilumos valdymo sistemų inžinerija
Šilumos išsklaidymo kelio optimizavimas: Pritaikius DBC keraminį pagrindą ir vario adatos peleko šilumos išsklaidymo struktūrą, TO-247 supakuotų prietaisų šiluminė varža θ ja sumažinama iki 1,5 laipsnio /W.
Jungties temperatūros stebėjimas: integruokite NTC termistorių į IGBT modulį, kad galėtumėte stebėti diodo jungties temperatūrą realiuoju laiku{0}}, užtikrinant, kad ji neviršytų 150 laipsnių vardinės vertės.
Lygiagrečios srovės dalijimosi konstrukcija: naudojant tą pačią įrenginių partiją lygiagrečiai ir reguliuojant vartų varžą (Rg), kad būtų sinchronizuota jungiklio bangos forma, srovės disbalansas kontroliuojamas 5 %.