Kā izveidot diodes paralēlu struktūru liekā enerģijas sistēmā?

一, Ierīces izvēle: uz ainas balstīta parametru saskaņošana
1. Strāvas jaudas un diskrētuma kontrole
Redundantajām sistēmām ir jātiek galā ar viena moduļa atteices scenārijiem, un paralēlajām diodēm ir jāatbilst šādām prasībām:

Nominālās strāvas dublēšana: vienas caurules nominālajai strāvai ir jābūt lielākai vai vienādai ar sistēmas maksimālo slodzes strāvu/(paralēlo savienojumu skaits x 0,8), rezervējot 20% drošības rezervi. Piemēram, 48V/20A sistēmā, kur paralēli ir savienotas 4 caurules, jāizvēlas vienas caurules modelis ar 30A vai lielāku jaudu.
Tiešā sprieguma krituma konsekvence: Šotkija diožu Vf dispersijai jābūt mazākai vai vienādai ar 5%, lai izvairītos no strāvas sadales nelīdzsvarotības, ko izraisa vadītspējas sprieguma krituma atšķirības. Jaunā enerģijas transportlīdzekļa OBC korpusā paralēli tika pieslēgtas četras 30A Schottky diodes ar Vf novirzi ± 0,1 V, un tika izmantots 0,2 Ω strāvas sadales rezistors, lai panāktu strāvas novirzi<± 5% in the entire temperature range.
2. Reversa raksturlielumi un aizsardzības prasības
Reversās izturības sprieguma rezerve: diodei VRRM jābūt lielākai par vai vienādai ar 1,5 reizes par maksimālo sistēmas spriegumu. Piemēram, fotoelementu tīklam pieslēgtā sistēmā saules paneļa atvērtās ķēdes spriegums var sasniegt 1000 V, un ir jāizvēlas TVS diodes ar VRRM lielāku vai vienādu ar 1500 V.
Reversā atkopšanas laika optimizācija: īpaši ātras atjaunošanas diodes ar Trr<50ns should be selected for high-frequency switching scenarios. In a power supply case of a certain communication base station, UF4007 diodes (Trr=35ns) were used instead of ordinary rectifiers to reduce reverse recovery losses by 70%.
2, topoloģijas dizains: atlaišanas un izolācijas līdzsvarošana
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. Noteiktam rūpnieciskajam PLC barošanas avotam ir divu cauruļu paralēla konstrukcija, un rezerves atzaru var pievienot 10 μs laikā, kad sabojājas galvenā caurule. Pašreizējā koplietošanas rezistora enerģijas patēriņš tiek kontrolēts 0,5 W robežās.
Aktīvās strāvas koplietošanas shēma: izmantojot aktīvās strāvas koplietošanas mikroshēmas, piemēram, LTC4370, dinamiskais strāvas sadalījums tiek panākts, regulējot vārtu spriegumu. Datu centra barošanas avota gadījumā 4 cauruļu paralēlā sistēma sasniedza slodzes strāvas sadales kļūdu<± 2% through active current sharing control.
2. Liekas izolācijas dizains
N+1 liekā topoloģija: galvenais modulis un rezerves modulis ir izolēti ar diodēm, lai nodrošinātu, ka viena moduļa kļūme neietekmē sistēmas izvadi. 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.
MOSFET aizstāšanas risinājums: gadījumos, kad nepieciešama divvirzienu izolācija, divi N-kanālu MOSFET ir savienoti atpakaļ-ar-aizmuguri un apvienoti ar LTC4416 vadības mikroshēmu, lai panāktu zemu zudumu izolāciju. Servera barošanas avota gadījumā šis risinājums samazināja vadīšanas sprieguma kritumu no 0,45 V līdz 0,03 V, kā rezultātā efektivitāte palielinājās par 12%.
3, termiskā vadība: sinerģija starp siltuma izkliedi un uzticamību
1. Enerģijas patēriņa aprēķins un siltuma izkliedes projektēšana
Vadības zuduma aprēķins: P=Vf × Iavg, zemas Vf diodes ir jāpiešķir prioritātei lielas strāvas scenārijos. Piemēram, pie 12A strāvas 0,45 V Šotkija diodes enerģijas patēriņš sasniedz 5,4 W, un ir jāuzstāda siltuma izlietne; 0,3 V SiC Schottky diodes enerģijas patēriņš ir tikai 3,6 W, un tā var dabiski izkliedēt siltumu.
Termiskās pretestības kontrole: zemas termiskās pretestības iepakojuma izmantošana (piemēram, TO-220 iepakojums ar R θ JA=40 grādu/W), apvienojumā ar siltumvadošu silikona smērvielu, lai kontrolētu savienojuma temperatūru zem 125 grādiem. Elektrotransportlīdzekļa uzlādes moduļa gadījuma izpētē diodes temperatūras paaugstināšanās tika samazināta no 45 grādiem līdz 25 grādiem, optimizējot PCB vara folijas laukumu (lielāks vai vienāds ar 100 mm ²/A).
2. Izkārtojuma optimizācija un parazītu parametru slāpēšana
Parazitārās induktivitātes kontrole: izkārtojot PCB, diodes tapu maršrutēšanas garumam jābūt<5mm to avoid the formation of oscillation circuits. In a certain photovoltaic inverter case, by arranging parallel diodes on the same side of the PCB, the parasitic inductance was reduced from 12nH to 2nH, and the reverse recovery overshoot voltage was reduced by 60%.
Siltuma savienojuma dizains: liela jaudas blīvuma scenārijos tiek izmantots kopīgs siltuma izlietnes dizains, lai nodrošinātu paralēlo diožu temperatūras līdzsvaru. Noteiktā sakaru barošanas avota gadījumā savienojuma temperatūras novirze tika samazināta no 15 grādiem līdz 5 grādiem, uzstādot četras diodes cieši pret siltuma izlietni.
4. Inženiertehniskā pārbaude: slēgta{1}}cilpa no simulācijas uz faktisko mērījumu
1. Simulācijas pārbaude
SPICE modeļa simulācija: izveidojiet LTspice modeli diožu paralēlajām shēmām, lai pārbaudītu strāvas sadales efektu un siltuma sadalījumu. Noteiktā aviācijas barošanas avota gadījumā ar simulācijas palīdzību tika konstatēts, ka paralēlās diodēs ir 20% strāvas nelīdzsvarotība. Pēc strāvas koplietošanas pretestības parametru optimizēšanas nelīdzsvarotība tika samazināta līdz 5%.
Termiskās simulācijas analīze: FloTHERM un citi rīki tiek izmantoti, lai modelētu siltuma izkliedes ceļu un optimizētu siltuma izlietnes struktūru. Dzelzceļa tranzīta barošanas avota gadījuma izpētē siltuma izlietnes ribu augstums tika noregulēts no 15 mm līdz 20 mm, izmantojot simulāciju, samazinot maksimālo krustojuma temperatūru no 130 grādiem līdz 115 grādiem.
2. Uzticamības pārbaude
HALT testēšana: pārbaudiet konstrukcijas ierobežojumus, veicot liela paātrinājuma mūža testēšanu. Militārā strāvas padeves gadījumā diodes paralēlā struktūra nebojājas pēc 1000 temperatūras cikliem no -40 grādiem līdz +125 grādiem.
EMC testēšana: pārbaudiet, vai diodes reversās atkopšanas radītais troksnis atbilst standartam. Medicīniskās ierīces barošanas avota gadījuma izpētē 100pF kondensators tika savienots paralēli pāri diodei, lai samazinātu izstarotos traucējumus no 45 dB μ V līdz 35 dB μ V.
5, tipiski piemērošanas gadījumi
1. Liekas barošanas avots sakaru bāzes stacijām
Izmantojot 4 paralēlus 20A barošanas avotus, katrs izolēts ar SR1660 Schottky diodēm (16A/60V). Iegūstiet augstu uzticamību, izmantojot šādu dizainu:

Strāvas dalīšanas rezistora izvēle: 0,3 Ω/5W cementa rezistors, nodrošinot, ka vienas caurules strāva nepārsniedz 15A
Siltuma izkliedes dizains: siltuma izlietnes laukums ir lielāks vai vienāds ar 200 cm², savienojuma temperatūra<110 ℃ under natural heat dissipation conditions
Aizsardzības funkcija: TVS diode (18V/1kW) nomāc pārspriegumus, varistors (150V) novērš pārspriegumu
2. Uzlādes modulis jauniem enerģijas transportlīdzekļiem
Tradicionālo diožu aizstāšana ar SiC MOSFET, lai panāktu zemu zudumu dublēšanu:

Topoloģija: no aizmugures-pret-aizmuguri C2M0080120D SiC MOSFET (1200V/80m Ω)
Vadības shēma: LTC4416 draiveris, ar vadīšanas sprieguma kritumu tikai 0,1 V
Efektivitātes uzlabošana: Salīdzinot ar Šotkija diožu risinājumiem, sistēmas efektivitāte ir palielinājusies no 92% līdz 96%