Kokia yra diodų apsaugos funkcija lygiagrečiose mikrotinklų baterijose?

一, Techninis principas: Vienkrypčio laidumo apsauginės užtvaros sukūrimas
Diodo šerdies charakteristika yra vienakryptis laidumas - jis leidžia tik srovei tekėti iš anodo į katodą, o atvirkščiai, jis pasižymi dideliu pasipriešinimu. Šią funkciją galima paversti dvigubu apsaugos mechanizmu lygiagrečiose mikrotinklo baterijose:

1. Atvirkštinės srovės blokavimas: apsaugo nuo energijos atgalinio srauto
Kai lygiagrečios baterijos bloko šakoje nukrenta įtampa dėl gedimo (pvz., akumuliatoriaus trumpojo jungimo) arba nepakankamo apšvietimo, srovė iš kitų įprastų atšakų gali tekėti atgal į sugedusią šaką mažos varžos keliu, sudarydama „energijos atgalinį srautą“. Šiuo metu abiejuose sugedusios šakos galuose lygiagrečiai sujungti diodai nutrūks dėl atvirkštinio poslinkio, blokuodami srovės tekėjimą. Pavyzdžiui, lygiagrečioje fotovoltinio elemento sistemoje, jei tam tikras elementas yra užblokuotas ir išėjimo įtampa sumažėja, lygiagrečiai prijungtas aplinkkelio diodas iš karto ves, trumpai sujungs sugedusią šaką ir neleis normaliam elementui tiekti maitinimą sugedusiam elementui atvirkščiai, taip užkertant kelią vietiniam perkaitimui, kurį sukelia karšto taško efektas.

2. Įtampos spaustukas: stabilizuokite sistemos įtampą
Diodų tiesioginės įtampos kritimas (apie 0,6 V silicio diodams ir apie 0,4 V Schottky diodams) gali būti naudojamas kaip natūralus įtampos atskaitos taškas. Lygiagrečiame akumuliatoriaus bloke galima sukurti graduotą įtampos gnybtų grandinę, nuosekliai sujungiant kelis diodus. Pavyzdžiui, mikrotinklo projekte naudojami trys nuosekliai išdėstyti silicio diodai, kad susidarytų fiksuotas 1,8 V įtampos kritimas. Kai tam tikros šakos įtampa viršija šią vertę, diodas veda ir išleidžia perteklinę įtampą į žemę, taip apsaugodamas galinę apkrovą nuo viršįtampio poveikio.

2, Taikymo scenarijus: apima visus gyvavimo ciklo apsaugos reikalavimus
Diodų apsaugos funkcija vykdoma lygiagrečių baterijų blokų planavimo, veikimo ir priežiūros etapuose, atsižvelgiant į konkrečius taikymo scenarijus, įskaitant:

1. Apsauga nuo poliškumo keitimo: apsaugo nuo montavimo klaidų
Kai akumuliatorių blokas iš pradžių prijungiamas prie mikrotinklo, operatorius gali netyčia pakeisti teigiamą ir neigiamą polius. Šiuo metu diodas (pvz., 1N4007), nuosekliai prijungtas prie maitinimo įvesties galo, nutrūks dėl atvirkštinio poslinkio, blokuodamas srovės tekėjimą ir užkirsdamas kelią akumuliatoriaus bloko ar galinių įrenginių sugadinimui dėl atvirkštinės srovės. Paskirstytos energijos gamybos projekte kaip atvirkštinės apsaugos komponentai buvo naudojami Schottky diodai (įtampos kritimas 0,3 V), kurie sėkmingai sulaikė daugybę atvirkštinio ryšio avarijų ir užtikrino mažus nuostolius.

2. Pereinamojo laikotarpio įtampos slopinimas
Kai lygiagretūs akumuliatorių blokai varo indukcines apkrovas, tokias kaip varikliai ir relės, išjungus apkrovą, sukuriama šimtų ar net tūkstančių voltų atvirkštinė elektrovaros jėga. Šiuo metu laisvosios eigos diodai (pavyzdžiui, greito atkūrimo diodai), sujungti lygiagrečiai abiejuose apkrovos galuose, greitai laidos, sudarydami iškrovos kelią atvirkštinei srovei ir išvengdami aukštos{1}}įtampos šuolio prasiveržimo per jungiklio vamzdelį arba akumuliatoriaus bloką. Tam tikrame elektromobilių įkrovimo stoties projekte naudojami SiC diodai kaip laisvos eigos komponentai, kurių atvirkštinis atkūrimo laikas yra tik 20 n, efektyviai slopindami įtampos šuoliais sustojus varikliui.

3. Galios neatitikimo mažinimas: lygiagretaus efektyvumo optimizavimas
Jei lygiagrečiame akumuliatoriaus bloke pablogėja šakos akumuliatoriaus veikimas (pvz., sumažėja talpa arba padidėja vidinė varža), jo išėjimo įtampa bus mažesnė nei kitų šakų, todėl srovė pasiskirstys netolygi. Šiuo metu blokavimo diodas, nuosekliai prijungtas prie atšakos įėjimo, gali neleisti žemos-tampos šakai tapti „energijos juodąja skyle“. Pavyzdžiui, tam tikrame fotovoltinės mikrotinklo projekte blokuojantys diodai nuosekliai jungiami prieš kiekvieną lygiagrečią šaką. Kai atšakos įtampa yra žemesnė už sistemos vidurkį, diodas išjungiamas, kad normali šaka negalėtų tiekti energijos atvirkščiai sugedusiam atšakui, taip sumažinant galios nuostolius nuo 75% iki 10%.

3, optimizavimo strategija: našumo ir sąnaudų subalansavimas
Nors diodų apsaugos funkcija yra reikšminga, jos įtampos kritimo, energijos suvartojimo ir lygiagrečios srovės dalijimosi problemas vis dar reikia optimizuoti. Šios strategijos gali padidinti apsaugos efektyvumą:

1. Pasirinkimo optimizavimas: pritaikymo scenarijų atitikimas
Žemos įtampos kritimo scenarijus: naudokite Schottky diodus (įtampos kritimas 0,4 V) arba silicio karbido diodus (įtampos kritimas 0,2 V), kad sumažintumėte energijos suvartojimą. Pavyzdžiui, 48 V akumuliatoriaus pakete naudojant Schottky diodus galima sumažinti įtampos kritimo nuostolius nuo 0,7 V iki 0,4 V ir padidinti efektyvumą 0,6%.
Aukšto dažnio scenarijus: naudokite greito atkūrimo diodus (atvirkštinio atkūrimo laikas 20–200 n), kad išvengtumėte perjungimo nuostolių. Pritaikius greito atkūrimo diodus tam tikrame perjungiamojo maitinimo projekte, atvirkštinio atkūrimo nuostoliai sumažėjo 40%.
Didelės srovės scenarijus: naudojant silicio karbido diodus, jų teigiamos temperatūros koeficiento charakteristikos gali pasiekti natūralios srovės pasidalijimą. Lygiagrečiai sujungus kelis silicio karbido diodus aukštos-įtampos nuolatinės srovės perdavimo projekte, srovės pasidalijimo klaida sumažėjo nuo 15 % iki 5 %.
2. Topologijos naujovės: sudėtinė apsaugos schema
TVS diodas + paprastas diodas: Apsaugos nuo žaibo scenarijuose lygiagrečiai pereinamojo laikotarpio slopinimo diodai (TVS) sugeria trumpalaikę aukštą įtampą, o serijiniai įprasti diodai blokuoja nuolatinę atvirkštinę srovę. Pritaikius šią schemą tam tikro ryšio bazinės stoties projekte, žaibo žalos lygis sumažėjo nuo 5% iki 0,2%.
Išmanusis diodų modulis: sujungia diodus ir MOSFET, kad valdymo signalais būtų užtikrinta dinaminė apsauga. Pritaikius išmaniuosius diodų modulius tam tikrame energijos kaupimo sistemos projekte, reakcijos laikas sutrumpėjo nuo mikrosekundžių iki nanosekundžių, o apsaugos efektyvumas pagerėjo 90%.
3. Šiluminis valdymas: venkite šilumos nutekėjimo
Diodo energijos suvartojimas (P=IV) gali sukelti vietinį perkaitimą, todėl jį reikia optimizuoti taikant šilumos išsklaidymo konstrukciją. Pavyzdžiui, kai lygiagrečiai prijungti keli diodai, temperatūros balansui užtikrinti naudojama bendra šilumos šalinimo konstrukcija. Duomenų centro UPS projektas optimizavo šilumos išsklaidymo kelią, sumažindamas diodo jungties temperatūrą nuo 150 laipsnių iki 120 laipsnių ir pailgindamas jo tarnavimo laiką tris kartus.