Kāda ir diožu funkcija invertora tilta ķēdēs?

一, tilta ķēdes topoloģija: enerģijas kanāli, ko veido diodes
Tilta ķēde sastāv no četrām komutācijas ierīcēm (piemēram, IGBT, MOSFET) un četrām diodēm, kas veido simetrisku "H" - formas struktūru. Atkarībā no komutācijas ierīces veida to var iedalīt pilnībā kontrolētās tiltu ķēdēs (piemēram, IGBT tiltos) un daļēji kontrolētās tiltu ķēdēs (piemēram, tiristoru tiltos), taču neatkarīgi no veida diodēm ir izšķiroša nozīme.

Diodes konfigurācija pilnā tilta topoloģijā
Pilnībā kontrolētā pilna tilta invertorā katra komutācijas ierīce (piemēram, IGBT) ir savienota apgriezti paralēli ar diodi. Piemēram, H-tiltā, kas sastāv no četriem N-kanālu MOSFET, diodes D1-D4 ir savienotas apgriezti paralēli Q1-Q4, veidojot divvirzienu strāvas kanālus. Ja Q1 un Q4 ir vadoši, strāva plūst no līdzstrāvas puses pozitīvā pola caur Q1, slodzi un Q4 atpakaļ uz negatīvo polu; Kad Q1 ir izslēgts un Q2 ir ieslēgts, slodzes strāva plūst caur D2, lai izvairītos no sprieguma pieauguma.
Diožu loma pustilta topoloģijā
Pustilta ķēde sastāv no divām komutācijas ierīcēm un diviem kondensatoriem ar diodēm, kuras galvenokārt izmanto iespīlēšanai šajā scenārijā. Piemēram, fotogalvaniskajos invertoros pustilta topoloģija drošā diapazonā nofiksē līdzstrāvas sānu spriegumu ar diodēm, lai novērstu pārslēgšanās ierīču bojājumus pārsprieguma dēļ.
2, Diodes galvenā funkcija: no brīvgaitas līdz enerģijas atgriezeniskajai saitei
1. Nepārtrauktas strāvas aizsardzība: nomāc induktīvo slodžu aizmugurējo elektromotora spēku
Kad invertors vada induktīvās slodzes (piemēram, motorus un transformatorus), slodzes strāva atpaliek no sprieguma izmaiņām. Brīdī, kad komutācijas ierīce ir izslēgta, slodzes magnētiskā lauka enerģija caur aizmugures elektromotora spēku (EMF) veidos augsta sprieguma maksimumu, kas var sabojāt komutācijas ierīci. Šajā brīdī apgrieztās paralēlās diodes nodrošina brīvgaitas ceļu slodzes strāvai, nospiežot aizmugurējo elektromotora spēku drošā sprieguma diapazonā.

Gadījums: asinhronā motora piedziņā statora tinums var būt līdzvērtīgs pretestības un induktivitātes virknes savienojumam. Kad IGBT ir izslēgts, tinuma strāva plūst caur reverso paralēlo diodi, lai novērstu sprieguma lēcienu bojājumus barošanas ierīcēm. Eksperimentālie dati liecina, ka invertoru komutācijas ierīču atteices līmenis bez brīvgaitas diodēm ir vairāk nekā trīs reizes lielāks nekā sistēmās ar diodēm.

2. Enerģijas atgriezeniskā saite: reaktīvās jaudas divvirzienu plūsmas sasniegšana
Sprieguma tipa invertoram ir nepieciešams paralēls kondensators līdzstrāvas pusē, lai nodrošinātu kanālu reaktīvās enerģijas atgriezeniskajai saitei no maiņstrāvas puses uz līdzstrāvas pusi. Ja izejas sprieguma polaritāte ir pretēja strāvas polaritātei (piemēram, pretestības slodzes induktīvās strāvas stadijā), reversās paralēlās diodes vada, ļaujot reaktīvo enerģiju padot atpakaļ uz līdzstrāvas sānu kondensatoru caur diodēm, izvairoties no enerģijas uzkrāšanās un sprieguma pieauguma.

Salīdzinošā analīze: Strāvas avota invertora līdzstrāvas puse ir virknē savienota ar lielu induktors, un reaktīvo enerģiju buferē induktors, neizmantojot atgriezeniskās saites diodes; Sprieguma tipa invertoriem ir jāpaļaujas uz diodēm, lai izveidotu enerģijas atgriezeniskās saites kanālus, pretējā gadījumā sistēma sabruks reaktīvās jaudas uzkrāšanās dēļ.

3. Mirušās zonas kompensācija: Strāvas kropļojumu novēršana, ko izraisa slēdža aizkave
Lai novērstu tilta sviras tiešu-īssavienojumu, invertora vadībai ir jāievada nāves laiks (parasti 1–5 μs). Šajā periodā visas komutācijas ierīces ir izslēgtā stāvoklī, bet slodzes strāvai joprojām ir jāplūst. Reversās paralēlās diodes automātiski vada nāves laikā, saglabājot strāvas nepārtrauktību un izvairoties no izejas sprieguma viļņu formas kropļojumiem.

Eksperimentālie dati: 10kW fotoelektriskajā invertorā bez mirušās zonas kompensācijas diodes izejas spriegums THD (kopējā harmoniskā deformācija) sasniedz 8%; Pēc diožu ieviešanas THD samazinājās līdz zem 3%, ievērojami uzlabojot strāvas kvalitāti.

3, tipiski pielietojuma scenāriji: no rūpnieciskās piedziņas līdz jaunam energotīkla savienojumam
1. Rūpnieciskais frekvences pārveidotājs: augstas-precizitātes motora vadība
Rūpnieciskajos frekvences pārveidotājos tiltu ķēdes nodrošina mainīgu frekvences ātruma regulēšanu, izmantojot PWM modulāciju. Šajā scenārijā diodēm ir jāiztur liela-frekvences pārslēgšanas spriedze (parasti virs 20 kHz), tāpēc ir nepieciešamas īpaši ātras atkopšanas diodes (piemēram, SiC diodes). To apgrieztās atkopšanas laiku var saīsināt līdz mazāk nekā 10 ns, kas ir 10 reizes vairāk nekā tradicionālajām silīcija{6}}diodēm, un ievērojami samazina pārslēgšanas zudumus.

Gadījums: pēc silīcija -bāzētu ierīču aizstāšanas ar SiC diodēm, velmētavas frekvences pārveidotāja sistēmas efektivitāte noteiktā tērauda uzņēmumā palielinājās no 96% līdz 98,5%, un ikgadējais enerģijas ietaupījums sasniedza 2 miljonus kWh.

2. Fotoelektriskais invertors: maksimālā jaudas punkta izsekošana (MPPT)
Fotoelementu tīklam pieslēgtos invertoros tilta ķēdei ir jāpanāk līdzstrāvas un maiņstrāvas pārveidošana, vienlaikus maksimāli palielinot elektroenerģijas ražošanas efektivitāti, izmantojot MPPT algoritmu. Šajā scenārijā diodēm ir jāsabalansē zems tiešā sprieguma kritums un augsta sprieguma izturība. Piemēram, izmantojot Schottky diodes, tiešā sprieguma kritumu var samazināt no 0,7 V līdz 0,3 V, tādējādi samazinot jaudas zudumus.

Datu salīdzinājums: 100kW fotoelektriskajā invertorā, izmantojot Schottky diodes, gadā var palielināt elektroenerģijas ražošanu par 12000 kWh un saīsināt investīciju atmaksāšanās periodu par 6 mēnešiem, salīdzinot ar parastajām diodēm.

3. Elektroniskā transportlīdzekļa motora kontrolieris: augsta-blīvuma jaudas pārveidošana
Elektriskā transportlīdzekļa motora kontrollerim ir jāpanāk augsta jaudas blīvuma pārveide ierobežotā telpā. Tilta ķēžu diodēm ir jāiztur liels strāvas blīvums (parasti virs 200A/cm²), tāpēc ir nepieciešams gofrētais diodes modulis, lai ar sudraba saķepināšanas tehnoloģiju panāktu zemas termiskās pretestības savienojumu, nodrošinot ierīces stabilu darbību augstā 150 grādu temperatūrā.

Tehnoloģiskais sasniegums: noteiktas automašīnu kompānijas jaunākais motora kontrolieris izmanto gofrētu SiC diodes moduli ar jaudas blīvumu 50kW/L, kas ir trīs reizes augstāks nekā tradicionālajiem silīcija{1}}bāzētajiem risinājumiem, un sistēmas efektivitāte ir pārsniegusi 98,5%.