Kā modulāras enerģijas iekārtas var samazināt enerģijas patēriņu, izmantojot diodes?

一, Tehniskais princips: korelācija starp diodes raksturlielumiem un energoefektivitātes uzlabošanu
Diožu galvenā energoefektivitātes priekšrocība ir to zemā tiešā sprieguma krituma (Vf) un ātras reversās atkopšanas (Trr) raksturlielumos. Tradicionālo silīcija taisngriežu diožu tiešā sprieguma kritums parasti ir 0,6–0,7 V, savukārt Šotkija diodes samazina Vf līdz 0,1–0,4 V, izmantojot metāla pusvadītāju kontaktu struktūras, un silīcija karbīda (SiC) Schottky diodes to var pat pazemināt līdz zem 0,2 V. Ņemot par piemēru 48V/20A sistēmu, ja tiek izmantota Šotkija diode ar Vf=0.4V, vadītspējas zudumi ir 8W; ja tiek izmantota silīcija diode ar Vf=0.7V, zudumi sasniedz 14W, un efektivitātes starpība ir ievērojama.

Apgrieztais atkopšanas laiks (Trr) ir galvenais parametrs augstas{0}}frekvences pārslēgšanas scenārijos. Parasto taisngriežu diožu Trr var sasniegt simtiem nanosekunžu, kā rezultātā pārslēgšanas procesā rodas reversā atkopšanas strāva, radot papildu zudumus un sprieguma lēcienus. Īpaši ātrās atkopšanas diožu (piemēram, UF4007) Trr var saspiest ar precizitāti līdz 35 n, un SiC diodes var sasniegt gandrīz nulles reversās atkopšanas raksturlielumus, samazinot pārslēgšanas zudumus par vairāk nekā 70%.

2, ierīces izvēle: uz ainas balstīta parametru saskaņošanas stratēģija
1. Strāvas jaudas un diskrētuma kontrole
Moduļu sistēmām ir jātiek galā ar viena moduļa atteices scenārijiem, un paralēlajām diodēm ir jāatbilst šādām prasībām:

Nominālās strāvas dublēšana: vienas caurules nominālajai strāvai jābūt lielākai vai vienādai ar sistēmas maksimālo slodzes strāvu, kas dalīta ar (paralēlo savienojumu skaits x 0,8). Piemēram, jaunu enerģijas transportlīdzekļu uzlādes modulī paralēli ir savienotas četras 30A SiC Schottky diodes, kas var atbalstīt nepārtrauktu 120A strāvas izvadi un rezervēt 20% drošības rezervi.
Tiešā sprieguma krituma konsekvence: paralēlo diožu Vf dispersijai jābūt mazākai vai vienādai ar 5%. Atsevišķā fotogalvaniskā invertora gadījumā, ekranējot ierīces ar Vf novirzi ± 0,05 V, strāvas sadalījuma novirze visā temperatūras diapazonā tika samazināta līdz.<± 3%.
2. Reversie raksturlielumi un aizsardzības prasības
Reversās izturības sprieguma rezerve: diodei VRRM jābūt lielākai par vai vienādai ar 1,5 reizes par maksimālo sistēmas spriegumu. 1500 V fotoelementu tīklam pievienotā sistēmā ir jāizvēlas ierīces ar VRRM, kas ir lielāks par 2200 V vai vienāds ar to.
Reversās noplūdes strāvas kontrole: Augstas temperatūras apstākļos Šotkija diožu apgrieztā noplūdes strāva var palielināties līdz desmitiem miliampēru. Izmantojot plašas joslas spraugas materiālus (piemēram, GaN) vai saliktas struktūras (piemēram, barjeras slāņa optimizāciju), noplūdes strāvu 125 grādos var samazināt līdz 1 μA.
3, Topoloģijas dizains: Redundances un efektivitātes optimizācija sadarbībā
1. Paralēlās strāvas koplietošanas arhitektūra
Pasīvās strāvas sadales shēma: Strāvas balansēšana tiek panākta, savienojot virknē 0,1-0,5 Ω zemas induktivitātes strāvas sadales rezistorus. Noteiktas sakaru bāzes stacijas barošanas avota gadījumā tiek pieņemts 4 cauruļu paralēlais dizains. Ja galvenā caurule sabojājas, rezerves atzars var pārņemt 10 μs laikā, un strāvas sadales rezistora enerģijas patēriņš tiek kontrolēts 0,5 W robežās.
Aktīvās strāvas koplietošanas shēma: izmantojot aktīvās strāvas koplietošanas mikroshēmas, piemēram, LTC4370, dinamiskā sadale tiek panākta, regulējot vārtu spriegumu. Datu centra barošanas avota gadījumā 4 cauruļu paralēlā sistēma sasniedza slodzes strāvas sadales kļūdu<± 2% through active control.
2. Liekas izolācijas dizains
N+1 liekā topoloģija: galvenais modulis un rezerves modulis ir izolēti ar diodēm. Noteiktas medicīniskās iekārtas barošanas avotam ir izmantots 3+1 redundances dizains, un rezerves modulis ir izolēts no galvenās ķēdes, izmantojot diodes, un kļūdu pārslēgšanas laiks ir mazāks par 50 μs.
Ideāls diožu nomaiņas risinājums: izmantojiet kontrolierus, piemēram, LTC4412, lai vadītu MOSFET, panākot gandrīz nulles sprieguma krituma izolāciju. Servera barošanas avota gadījumā šis risinājums samazināja vadīšanas sprieguma kritumu no 0,45 V līdz 0,02 V, kā rezultātā efektivitāte palielinājās par 12%.
4, Inženierprakse: Enerģijas taupīšanas efekts tipiskos scenārijos
1. Uzlādes sistēma jauniem enerģijas transportlīdzekļiem
Automašīnas lādētājā (OBC) Schottky diodes veic iztaisnošanas un brīvgaitas funkcijas. Izmantojot SiC Schottky diodes ar Vf=0.2V, noteikta transportlīdzekļa modeļa uzlādes efektivitāte ir uzlabota no 92% līdz 95%, un vienas uzlādes laiks ir saīsināts par 3–5 minūtēm (kā piemēru ņemot 6,6 kW lādētāju). Tajā pašā laikā dzesēšanas sistēmas enerģijas patēriņš ir samazināts par 30%.

2. Fotoelementu invertors
Stīgu invertoros diodes tiek izmantotas līdzstrāvas puses konverģencei un maiņstrāvas puses taisnošanai. Atsevišķā 100 kW fotoelektriskās sistēmas gadījumā, aizstājot silīcija diodes ar SiC īpaši ātrās reģenerācijas diodēm, invertora konversijas efektivitāte palielinājās no 98,2% līdz 98,8%, un ikgadējā elektroenerģijas ražošana palielinājās par aptuveni 480 kWh.

3. Liekas barošanas avots datu centram
48V/100A liekā barošanas sistēmā tiek pieņemta aktīvās strāvas sadales shēma ar 4 paralēlām caurulēm. Optimizējot PCB izkārtojumu (tapas maršrutēšanas garums<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.