Kakšne so prednosti uporabe diod za hitro obnovitev v visoko-frekvenčnih pretvornikih?

一, Tehnični princip: nizkostopenjska logika za povratni čas okrevanja in visoko{0}}frekvenčno prilagajanje
Glavna prednost diod za hitro obnovitev je v njihovi edinstveni fizični strukturi in zasnovi procesa. Za razliko od tradicionalnih spojnih diod PN, FRD sprejme strukturo spoja PIN, ki uvaja tanko osnovno območje (plast I) med silicijeve materiale tipa P- in N-, s čimer se občutno zmanjša povratni naboj (Qrr). Njegov povratni čas obnovitve (TRR) je običajno med desetinami nanosekund in stotinami nanosekund, ultra hitro vrsto obnovitve pa je mogoče celo skrajšati na manj kot 10 nanosekund. Ta funkcija mu omogoča hitro preklapljanje med stanjem prevodnosti in izklopom v visoko{6}}frekvenčnih preklopnih vezjih, s čimer se izogne ​​napetostnim konicam in elektromagnetnim motnjam (EMI), ki jih povzročajo tradicionalne diode zaradi dolgega povratnega časa obnovitve.

Na primer, v ojačevalnem vezju visoko-frekvenčnega pretvornika FRD deluje kot dioda s prostim tekom, ki lahko hitro prekine povratni tok v trenutku, ko je IGBT ali MOSFET izklopljen, s čimer prepreči, da bi energija prihajala iz povratnih informacij do preklopne cevi, s čimer zmanjša izgube pri preklopu in izboljša učinkovitost sistema. Eksperimentalni podatki kažejo, da ima vezje Boost, ki uporablja FRD, izboljšano učinkovitost za 3% -5% v primerjavi z navadnimi diodami. Pri 100kW vetrnem pretvorniku lahko letni prihranek energije doseže več deset tisoč kWh.

2, Prednost delovanja: Dvojno jamstvo učinkovitosti in zanesljivosti za visoko-frekvenčne pretvornike
1. Nizke preklopne izgube za izboljšanje učinkovitosti pretvorbe
Visokofrekvenčni pretvorniki dosežejo pretvorbo enosmernega toka v izmenični tok s tehnologijo PWM (širinsko impulzno modulacijo) s preklopno frekvenco, običajno nad 20 kHz. V tem scenariju postane izguba povratne obnovitve diode ključni dejavnik, ki omejuje učinkovitost. Nizka značilnost TRR FRD lahko znatno zmanjša izgubo energije med postopkom preklopa. Če vzamemo za primer 500kW fotovoltaični pretvornik, se je po zamenjavi navadnih diod s FRD učinkovitost sistema povečala s 96,5 % na 98,2 %. Pri scenariju letne proizvodnje električne energije 1 milijon kWh se lahko letna izguba energije zmanjša za približno 17000 kWh.

2. Visoka napetostna upornost in nizek padec tlaka naprej, optimizirano toplotno upravljanje
Povratna uporna napetost (VRRM) FRD lahko doseže nekaj tisoč voltov in je primerna za scenarije visoko-napetostnega vodila enosmernega toka (kot so fotovoltaični sistemi 1500 V). Medtem je njen padec napetosti naprej (VF) običajno med 0,4 V-0,6 V, kar je 30% -50% nižje kot pri navadnih diodah. Nizka karakteristika VF zmanjša izgubo prevodnosti, zmanjša nastajanje toplote in poenostavi zasnovo odvajanja toplote. Na primer, v sistemih za proizvodnjo vetrne energije na morju uporaba FRD zmanjša prostornino inverterskih hladilnih modulov za 40 %, zmanjša težo sistema za 15 % in znatno izboljša okoljsko prilagodljivost opreme.

3. Proti elektromagnetnim motnjam, ki zagotavlja stabilnost sistema
Hitre spremembe toka, ki jih ustvarijo visoko-frekvenčna stikala, lahko zlahka povzročijo težave z elektromagnetnimi motnjami, kar vpliva na natančnost krmilnih signalov pretvornika. Značilnost hitre obnovitve FRD lahko zatre nenadne spremembe povratnega obnovitvenega toka, zmanjša napetostne konice in s tem zmanjša šum EMI. Poskusi so pokazali, da lahko FRD pri preklopni frekvenci 100 kHz zmanjša intenzivnost EMI na izhodu pretvornika za več kot 10 dB, s čimer izpolnjuje zahteve standarda IEC 61000-4-6 in se izogne ​​napačnemu delovanju sistema zaradi motenj.

3, scenarij uporabe: popolna pokritost od nove proizvodnje energije do industrijskega pogona
1. Sistem za proizvodnjo vetrne energije
FRD se pogosto uporablja v zaščitnih vezjih Crowbar na strani rotorja v vetrnih turbinah z dvojnim napajanjem. Ko napetost omrežja pade, vezje Crowbar hitro sprosti energijo rotorja v obvodni upor prek FRD, da prepreči poškodbe razsmernika zaradi prevelikega toka. Na primer, enota na morju z močjo 10 MW uporablja IGBT tip Crowbar v kombinaciji s FRD, ki lahko dokonča sprostitev energije v 10 ms, ko napetost pade na 20 %, s čimer zagotovi, da sistem nadaljuje z delovanjem v omrežju v 0,2 sekunde.

2. Fotovoltaični pretvornik
Pri nizkih fotonapetostnih pretvornikih FRD služi kot izhodni usmerniški element za pretvorbo visoko{0}}frekvenčnega izmeničnega toka v nemoteno enosmerni tok. Njegova funkcija hitre obnovitve lahko izboljša natančnost sledenja točke največje moči (MPPT) pretvornika, zlasti v scenarijih lokalne okluzije, kar lahko zmanjša izgube pri proizvodnji električne energije. Na primer, določen eksperimentalni projekt uporablja tehnologijo inteligentne rekonstrukcije v kombinaciji s FRD za povečanje proizvodnje električne energije za 12,4 % in splošno učinkovitost sistema za 8 % v pogojih ovir.

3. Industrijski motorni pogon
V frekvenčnih pretvornikih se FRD uporablja za rektifikacijo in inverzijo, da se doseže natančen nadzor hitrosti motorja. Njegov nizek padec napetosti naprej lahko zmanjša izgubo energije med zagonom-motorja in podaljša življenjsko dobo opreme. Na primer, v pogonskem sistemu jeklarne uporaba frekvenčnega pretvornika FRD zmanjša zagonski tok motorja za 20 % in zniža stroške letnega vzdrževanja za 30 %.

4, Ključne točke izbire: ujemanje parametrov in preverjanje zanesljivosti
1. Izbira ključnih parametrov
Čas povratne obnovitve (trr): Biti mora manjši od 1/10 preklopnega cikla. Na primer, pri preklopni frekvenci 100 kHz mora biti trr Manjši ali enak 100 ns.
Predhodni tok (IF): Odvisno od obremenitvenega toka je treba pustiti rezervo 1,5- do 2-krat. Na primer, obremenitev 100 A zahteva FRD z nazivnim tokom 150 A–200 A.
Povratna vzdržljiva napetost (VRRM): Biti mora 1,2-krat višja od napetosti vodila DC. Na primer, sistem 1500 V zahteva uporabo FRD z napetostnim uporom 1800 V ali več.
2. Toplotna zasnova in testiranje zanesljivosti
Toplotna upornost (R θ JA): Izberite paket z nizko toplotno upornostjo (kot je paket z bakrenim substratom) s toplotno upornostjo manj kot ali enako 0,5 K/W, da zagotovite temperaturo spoja manj kot ali enako 175 stopinj.
Preizkus življenjske dobe: zahtevano je opraviti preskus termičnega odtekanja v standardu IEC 62979, kar pomeni, da se površinska temperatura dvigne za manj kot ali enako 15 stopinj, ko se nazivni tok uporablja 1 uro v okolju 75 stopinj.
3. Embalaža in optimizacija stroškov
Kompaktna embalaža: kot je TO-220FP, DO-201AD itd., primerna za scenarije integracije z visoko gostoto.
Analiza stroškov in koristi: Čeprav uporaba FRD pri vetrnih turbinah z močjo 10 MW poveča stroške na enoto za 5 %, lahko dolgoročne-koristi, ki jih prinaša izboljšanje učinkovitosti sistema, pokrijejo začetno naložbo.