Kokia yra diodų funkcija inverterio tilto grandinėse?

一, tilto grandinės topologija: diodų sukurti energijos kanalai
Tilto grandinė susideda iš keturių perjungimo įrenginių (tokių kaip IGBT, MOSFET) ir keturių diodų, sudarančių simetrišką „H“ formos struktūrą. Pagal perjungimo įtaiso tipą jis gali būti suskirstytas į visiškai valdomas tiltų grandines (pvz., IGBT tiltus) ir pusiau valdomas tiltų grandines (pvz., Tiristorių tiltelius), tačiau, nepaisant tipo, diodai atlieka labai svarbų vaidmenį.

Diodų konfigūracija visoje tilto topologijoje
Visiškai valdomame pilno tilto keitiklyje kiekvienas perjungimo įrenginys (pvz., IGBT) yra prijungtas atvirkščiai lygiagrečiai su diodu. Pavyzdžiui, H tiltelyje, sudarytame iš keturių N kanalų MOSFET, diodai D1-D4 yra sujungti atvirkščiai lygiagrečiai su Q1-Q4, sudarydami dvikrypčius srovės kanalus. Kai Q1 ir Q4 yra laidūs, srovė teka iš nuolatinės srovės pusės teigiamo poliaus per Q1, apkrovą ir Q4 atgal į neigiamą polių; Kai Q1 yra išjungtas ir Q2 įjungtas, apkrovos srovė teka per D2, kad būtų išvengta įtampos šuolių.
Diodų vaidmuo pusiau tilto topologijoje
Pusinio tilto grandinę sudaro du perjungimo įtaisai ir du kondensatoriai, kurių diodai daugiausia naudojami suspaudimui pagal šį scenarijų. Pavyzdžiui, fotovoltiniuose keitikliuose pusiau tilto topologija per diodus suspaudžia nuolatinės srovės šoninę įtampą saugiame diapazone, kad būtų išvengta perjungimo įtaisų pažeidimo dėl viršįtampio.
2, pagrindinė diodo funkcija: nuo laisvos eigos iki energijos grįžtamojo ryšio
1. Apsauga nuo nuolatinės srovės: slopina indukcinių apkrovų užpakalinę elektrovaros jėgą
Kai inverteris varo indukcines apkrovas (pvz., Variklius ir transformatorius), apkrovos srovė atsilieka nuo įtampos pokyčių. Tuo metu, kai perjungimo įtaisas yra išjungtas, apkrovos magnetinio lauko energija per užpakalinę elektrovaros jėgą (EMF) suformuos aukštos įtampos smailę, kuri gali sugadinti perjungimo įrenginį. Šiuo metu atvirkštiniai lygiagretūs diodai suteikia laisvos eigos kelią apkrovos srovei, užfiksuodami galinę elektrovaros jėgą saugiame įtampos diapazone.

Atvejis: Asinchroninio variklio pavaroje statoriaus apvija gali būti lygiavertė varžos ir induktyvumo nuosekliai jungtims. Kai IGBT yra išjungtas, apvijos srovė teka per atvirkštinį lygiagretųjį diodą, kad įtampos šuoliai nepakenktų maitinimo įtaisams. Eksperimentiniai duomenys rodo, kad perjungimo įtaisų gedimų dažnis keitikliuose be laisvosios eigos diodų yra daugiau nei tris kartus didesnis nei sistemų su diodais.

2. Energijos grįžtamasis ryšys: dvikrypčio reaktyviosios galios srauto pasiekimas
Įtampos tipo keitikliui reikalingas lygiagretus kondensatorius nuolatinės srovės pusėje, kad būtų sukurtas reaktyviosios energijos grįžtamojo ryšio kanalas iš kintamosios srovės pusės į nuolatinės srovės pusę. Kai išėjimo įtampos poliškumas yra priešingas srovės poliškumui (pavyzdžiui, varžinės apkrovos indukcinės srovės stadijoje), atvirkštiniai lygiagretūs diodai leidžia diodais grąžinti reaktyviąją energiją į nuolatinės srovės šoninį kondensatorių, išvengiant energijos kaupimosi ir įtampos padidėjimo.

Lyginamoji analizė: Srovės šaltinio keitiklio nuolatinės srovės pusė yra nuosekliai sujungta su dideliu induktoriumi, o reaktyvioji energija yra buferizuota induktoriumi, nereikalaujant grįžtamojo ryšio diodų; Įtampos tipo keitikliai turi remtis diodais, kad sukurtų energijos grįžtamojo ryšio kanalus, kitaip sistema sugrius dėl reaktyviosios galios kaupimosi.

3. Negyvos zonos kompensavimas: Pašalina srovės iškraipymą, kurį sukelia jungiklio vėlavimas
Kad būtų išvengta tiesioginio tilto svirties trumpojo jungimo, keitiklio valdiklis turi įvesti neveikiantį laiką (paprastai 1–5 μs). Per šį laikotarpį visi perjungimo įtaisai yra išjungti, tačiau apkrovos srovė vis tiek turi tekėti. Atbulinės eigos lygiagretūs diodai automatiškai veda negyvos metu, išlaikydami srovės tęstinumą ir išvengdami išėjimo įtampos bangos formos iškraipymo.

Eksperimentiniai duomenys: 10kW fotovoltiniame inverteryje be negyvosios zonos kompensavimo diodo išėjimo įtampa THD (bendras harmoninis iškraipymas) siekia 8 %; Įvedus diodus, THD sumažėjo iki mažiau nei 3%, žymiai pagerindamas energijos kokybę.

3, Tipiški taikymo scenarijai: nuo pramoninės pavaros iki naujos energijos tinklo prijungimo
1. Pramoninis dažnio keitiklis: didelio tikslumo variklio valdymas
Pramoniniuose dažnio keitikliuose tilto grandinės užtikrina kintamo dažnio greičio reguliavimą per PWM moduliaciją. Pagal šį scenarijų diodai turi atlaikyti aukšto dažnio perjungimo įtampą (dažniausiai virš 20 kHz), todėl reikalingi itin greiti atkūrimo diodai (pvz., SiC diodai). Jų atvirkštinio atkūrimo laikas gali būti sutrumpintas iki mažiau nei 10 n, o tai yra 10 kartų didesnis nei tradicinių silicio diodų ir žymiai sumažina perjungimo nuostolius.

Atvejis: Pakeitus silicio pagrindu pagamintus įrenginius SiC diodais, valcavimo staklyno dažnio keitiklio sistemos efektyvumas tam tikroje plieno įmonėje padidėjo nuo 96% iki 98,5%, o metinis energijos sutaupymas siekė 2 mln. kWh.

2. Fotovoltinis keitiklis: didžiausios galios taško sekimas (MPPT)
Prie fotovoltinio tinklo prijungtuose keitikliuose tilto grandinė turi pasiekti nuolatinės srovės į kintamąją srovę konvertavimą, tuo pačiu maksimaliai padidinant energijos gamybos efektyvumą naudojant MPPT algoritmą. Pagal šį scenarijų diodai turi subalansuoti žemą tiesioginės įtampos kritimą ir aukštą atsparumo įtampą. Pavyzdžiui, naudojant Schottky diodus galima sumažinti tiesioginės įtampos kritimą nuo 0,7 V iki 0,3 V, taip sumažinant galios nuostolius.

Duomenų palyginimas: 100 kW galios fotovoltiniame keitiklyje naudojant Schottky diodus galima padidinti metinę elektros energijos gamybą 12 000 kWh ir sutrumpinti investicijų atsipirkimo laikotarpį 6 mėnesiais, palyginti su įprastais diodais.

3. Elektrinės transporto priemonės variklio valdiklis: didelio tankio galios konvertavimas
Elektrinės transporto priemonės variklio valdiklis turi pasiekti didelį galios tankio konversiją ribotoje erdvėje. Tilto grandinėse diodai turi atlaikyti didelį srovės tankį (dažniausiai virš 200A/cm²), todėl norint pasiekti mažą šiluminę varžą naudojant sidabro sukepinimo technologiją, reikalingas presuoto diodo modulis, užtikrinantis stabilų įrenginio veikimą aukštoje 150 laipsnių temperatūroje.

Technologinis proveržis: Naujausiame tam tikros automobilių kompanijos variklio valdiklyje įdiegtas gofruoto SiC diodo modulis, kurio galios tankis yra 50kW/L, o tai tris kartus didesnis nei tradicinių silicio pagrindu pagamintų sprendimų, o sistemos efektyvumas viršijo 98,5%.