Kādas ir ātrās atkopšanas diožu izmantošanas priekšrocības{0}}augstfrekvences pārveidotājos?

一, tehniskais princips: zema līmeņa loģika apgrieztai atkopšanas laikam un augstas{0}}frekvences pielāgošanai
Ātrās atkopšanas diožu galvenā priekšrocība ir to unikālajā fiziskajā struktūrā un procesa dizainā. Atšķirībā no tradicionālajām PN savienojuma diodēm, FRD izmanto PIN savienojuma struktūru, kas ievieš plānu bāzes apgabalu (I slāni) starp P- un N- tipa silīcija materiāliem, ievērojami samazinot apgrieztās reģenerācijas lādiņu (Qrr). Tās reversās atkopšanas laiks (TRR) parasti ir no desmitiem nanosekundēm līdz simtiem nanosekundēm, un īpaši ātrās atkopšanas veidu var pat saīsināt līdz mazāk nekā 10 nanosekundēm. Šī funkcija ļauj tai ātri pārslēgties starp vadītspējas un izslēgšanas stāvokļiem augstas-frekvences komutācijas shēmās, izvairoties no sprieguma lēcieniem un elektromagnētiskajiem traucējumiem (EMI), ko rada tradicionālās diodes garā reversās atkopšanas laika dēļ.

Piemēram, augstfrekvences pārveidotāja Boost pastiprināšanas ķēdē FRD darbojas kā brīvgaitas diode, kas var ātri pārtraukt pretējo strāvu brīdī, kad tiek izslēgts IGBT vai MOSFET, neļaujot enerģijai nonākt atgriezeniskā saite uz komutācijas cauruli, tādējādi samazinot pārslēgšanas zudumus un uzlabojot sistēmas efektivitāti. Eksperimentālie dati liecina, ka Boost shēmai, kas izmanto FRD, ir efektivitātes uzlabojums par 3% -5%, salīdzinot ar parastajām diodēm. 100 kW vēja invertorā ikgadējais enerģijas ietaupījums var sasniegt desmitiem tūkstošu kWh.

2. Veiktspējas priekšrocība: dubultā efektivitātes un uzticamības garantija augstas-frekvences pārveidotājiem
1. Zemi pārslēgšanas zudumi, lai uzlabotu konversijas efektivitāti
Augstfrekvences invertori nodrošina DC maiņstrāvas pārveidošanu, izmantojot PWM (impulsa platuma modulācijas) tehnoloģiju, ar pārslēgšanās frekvenci parasti virs 20 kHz. Šajā scenārijā diodes reversās atkopšanas zudums kļūst par galveno efektivitāti ierobežojošo faktoru. FRD zemais TRR raksturlielums var ievērojami samazināt enerģijas zudumus pārslēgšanas procesa laikā. Ņemot par piemēru 500kW fotoelektrisko invertoru, pēc parasto diožu aizstāšanas ar FRD sistēmas efektivitāte palielinājās no 96,5% līdz 98,2%. Ikgadējā elektroenerģijas ražošanas scenārijā 1 miljons kWh, gada enerģijas zudumus var samazināt par aptuveni 17000 kWh.

2. Augsta sprieguma pretestība un zems spiediena kritums uz priekšu, optimizējot siltuma pārvaldību
FRD reversās pretestības spriegums (VRRM) var sasniegt vairākus tūkstošus voltu un ir piemērots augstsprieguma{0}}līdzstrāvas kopnes scenārijiem (piemēram, 1500 V fotoelementu sistēmām). Tikmēr tā tiešā sprieguma kritums (VF) parasti ir no 0,4 V līdz 0,6 V, kas ir par 30–50% zemāks nekā parastajām diodēm. Zemais VF raksturlielums samazina vadītspējas zudumus, samazina siltuma veidošanos un vienkāršo siltuma izkliedes dizainu. Piemēram, jūras vēja enerģijas ražošanas sistēmās FRD piemērošana samazina invertora dzesēšanas moduļu apjomu par 40%, samazina sistēmas svaru par 15%, kā arī ievērojami uzlabo iekārtu pielāgošanās spēju videi.

3. Pret elektromagnētiskiem traucējumiem, nodrošinot sistēmas stabilitāti
Straujās strāvas izmaiņas, ko rada augstfrekvences slēdži{0}}, var viegli izraisīt EMI problēmas, ietekmējot invertora vadības signālu precizitāti. FRD ātrā atkopšanās īpašība var nomākt pēkšņas izmaiņas reversās atkopšanas strāvā, samazināt sprieguma lēcienus un tādējādi samazināt EMI troksni. Eksperimenti ir parādījuši, ka pie pārslēgšanas frekvences 100 kHz FRD var samazināt EMI intensitāti pie invertora izejas par vairāk nekā 10 dB, atbilstot standarta IEC 61000-4-6 prasībām un izvairoties no sistēmas nepareizas darbības, ko izraisa traucējumi.

3. Lietojuma scenārijs: pilns pārklājums no jaunas enerģijas ražošanas līdz rūpnieciskai piedziņai
1. Vēja enerģijas ražošanas sistēma
FRD tiek plaši izmantots rotora sānu lauznis aizsardzības ķēdēs dubultās padeves vēja turbīnās. Kad tīkla spriegums krītas, Crowbar ķēde ātri atbrīvo rotora enerģiju apvada rezistoram caur FRD, lai novērstu invertora pārslodzes bojājumus. Piemēram, 10MW ārzonas iekārta izmanto IGBT tipa lauzni kombinācijā ar FRD, kas var pabeigt enerģijas atbrīvošanu 10 ms laikā, kad spriegums nokrītas līdz 20%, nodrošinot, ka sistēma atsāk tīkla savienojumu darbību 0,2 sekunžu laikā.

2. Fotoelementu invertors
Stīgu fotogalvaniskajos invertoros FRD kalpo kā izejas taisngrieža elements, lai pārveidotu augstfrekvences maiņstrāvas{0}} strāvu vienmērīgā līdzstrāvā. Tā ātrās atkopšanas funkcija var uzlabot invertora maksimālās jaudas punkta izsekošanas (MPPT) precizitāti, īpaši vietējās oklūzijas scenārijos, kas var samazināt elektroenerģijas ražošanas zudumus. Piemēram, noteiktā eksperimentālā projektā tiek izmantota viedā rekonstrukcijas tehnoloģija kopā ar FRD, lai palielinātu elektroenerģijas ražošanu par 12,4% un sistēmas kopējo efektivitāti par 8% traucētos apstākļos.

3. Rūpnieciskā motora piedziņa
Frekvences pārveidotājos FRD tiek izmantots taisnošanai un inversijai, lai panāktu precīzu motora apgriezienu kontroli. Tā zemā tiešā sprieguma krituma raksturlielums var samazināt enerģijas zudumus motora palaišanas laikā{1}}un pagarināt iekārtas kalpošanas laiku. Piemēram, tērauda rūpnīcas piedziņas sistēmā FRD frekvences pārveidotāja izmantošana samazina motora palaišanas strāvu par 20% un samazina ikgadējās uzturēšanas izmaksas par 30%.

4, Atlases galvenie punkti: parametru saskaņošana un uzticamības pārbaude
1. Atslēgas parametru izvēle
Reversās atkopšanas laiks (trr): tam jābūt mazākam par 1/10 no pārslēgšanas cikla. Piemēram, ja pārslēgšanas frekvence ir 100 kHz, trr jābūt mazākai par 100 ns vai vienādam ar to.
Uz priekšu strāva (IF): atkarībā no slodzes strāvas ir jāatstāj 1,5-2 reizes lielāka rezerve. Piemēram, 100A slodzei ir nepieciešams FRD ar nominālo strāvu 150A-200A.
Reversās izturības spriegums (VRRM): tam ir jābūt 1,2 reizes lielākam par līdzstrāvas kopnes spriegumu. Piemēram, 1500 V sistēmai ir jāizmanto FRD ar sprieguma pretestību 1800 V vai augstāku.
2. Termiskā konstrukcija un uzticamības pārbaude
Termiskā pretestība (R θ JA): izvēlieties zemas termiskās pretestības paketi (piemēram, vara substrāta paketi) ar termisko pretestību, kas ir mazāka par 0,5 K/W vai vienāda ar to, lai nodrošinātu savienojuma temperatūru, kas ir mazāka par 175 grādiem vai vienāda ar to.
Mūža tests: ir jāiztur termiskā palaišanas tests saskaņā ar IEC 62979 standartu, kas nozīmē, ka virsmas temperatūra paaugstinās par mazāku vai vienādu ar 15 grādiem, ja nominālā strāva tiek pielietota 1 stundu 75 grādu vidē.
3. Iepakojums un izmaksu optimizācija
Kompakts iepakojums: piemēram, TO-220FP, DO-201AD utt., kas piemērots augsta blīvuma integrācijas scenārijiem.
Izmaksu un ieguvumu analīze: 10MW vēja turbīnās, lai gan FRD izmantošana palielina vienības izmaksas par 5%, ilgtermiņa ieguvumi, ko sniedz sistēmas efektivitātes uzlabošana, var segt sākotnējos ieguldījumus.