Kuinka suunnitella diodin rinnakkaisrakenne redundantissa energiajärjestelmässä?

一, Laitteen valinta: Kohtauspohjainen parametrien sovitus
1. Virtakapasiteetin ja diskreettisyyden säätö
Redundanttien järjestelmien on selviydyttävä yhden moduulin vikatilanteista, ja rinnakkaisten diodien on täytettävä seuraavat vaatimukset:

Nimellisvirran redundanssi: Yhden putken nimellisvirran tulee olla suurempi tai yhtä suuri kuin järjestelmän maksimikuormitusvirta/(rinnakkaisliitäntöjen lukumäärä x 0,8), 20 %:n turvamarginaalilla. Esimerkiksi 48 V/20 A järjestelmässä, jossa 4 putkea on kytketty rinnan, tulee valita yksiputkimalli, jonka teho on 30 A tai suurempi.
Myötäjännitehäviön johdonmukaisuus: Schottky-diodien Vf-dispersion tulee olla pienempi tai yhtä suuri kuin 5 %, jotta vältetään virranjakauman epätasapaino, joka johtuu eroista johtumisjännitehäviössä. Uudessa energiaajoneuvon OBC-kotelossa neljä 30 A Schottky-diodia, joiden Vf-poikkeama oli ± 0,1 V, kytkettiin rinnan ja 0,2 Ω:n virranjakovastusta saavutettiin virran poikkeama<± 5% in the entire temperature range.
2. Käänteiset ominaisuudet ja suojausvaatimukset
Käänteinen kestojännitemarginaali: Diodin VRRM on oltava suurempi tai yhtä suuri kuin 1,5 kertaa järjestelmän enimmäisjännite. Esimerkiksi aurinkosähköverkkoon liitetyssä järjestelmässä aurinkopaneelin avoimen piirin jännite voi olla 1000 V, ja TVS-diodit, joiden VRRM on suurempi tai yhtä suuri kuin 1500 V, on valittava.
Käänteisen palautumisajan optimointi: Ultranopeat palautusdiodit Trr:llä<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, Topologiasuunnittelu: Redundanssin ja eristyksen tasapainottaminen
1. Rinnakkaisvirran jakamisarkkitehtuuri
Passiivinen virranjakojärjestelmä: Virran tasapainotus saadaan aikaan kytkemällä sarjaan 0,1-0,5 Ω matalan induktanssin virranjakovastuksia. Tietyssä teollisessa PLC-virtalähteessä on kaksiputkinen rinnakkaisrakenne, ja varahaara voidaan kytkeä 10 μs:n sisällä pääputken vikaantuessa. Virranjakovastuksen virrankulutusta säädetään 0,5 W:n sisällä.
Aktiivinen virranjakojärjestelmä: käyttämällä aktiivisia virranjakopiirejä, kuten LTC4370, dynaaminen virranjako saavutetaan säätämällä hilajännitettä. Palvelinkeskuksen virtalähteen tapauksessa 4-putken rinnakkaisjärjestelmä saavutti kuormitusvirran jakautumisvirheen<± 2% through active current sharing control.
2. Redundantti eristyssuunnittelu
N+1 redundantti topologia: Päämoduuli ja varamoduuli on eristetty diodeilla sen varmistamiseksi, että yksittäisen moduulin vika ei vaikuta järjestelmän ulostuloon. Tietyn lääketieteellisen laitteen virtalähde käyttää 3+1 redundanssirakennetta, ja varamoduuli on eristetty pääpiiristä diodien kautta, ja vikakytkentäaika on alle 50 μs.
Taaksepäin MOSFET-korvausratkaisu: Skenaarioissa, jotka vaativat kaksisuuntaista eristystä, kaksi N--kanavaista MOSFETiä kytketään takaisin-to-takaisin ja yhdistetään LTC4416-ohjaussirun kanssa pienen häviön eristyksen saavuttamiseksi. Palvelimen virtalähteen tapauksessa tämä ratkaisu vähensi johtavuusjännitteen pudotusta 0,45 V:sta 0,03 V:iin, mikä johti 12 %:n tehokkuuteen.
3, Lämmönhallinta: synergia lämmönpoiston ja luotettavuuden välillä
1. Tehonkulutuksen laskenta ja lämmönpoiston suunnittelu
Johtavuushäviön laskenta: P=Vf × Iavg, matalan Vf:n diodit tulisi asettaa etusijalle suurivirtaskenaarioissa. Esimerkiksi 12A virralla 0,45 V Schottky-diodin virrankulutus saavuttaa 5,4 W, ja jäähdytyselementti on asennettava; 0,3 V:n SiC Schottky -diodin virrankulutus on vain 3,6 W ja se voi haihduttaa lämpöä luonnollisesti.
Lämmönvastuksen hallinta: Alhaisen lämmönvastuksen pakkauksen (kuten TO-220-pakkauksen R θ JA=40 astetta /W) käyttö yhdistettynä lämpöä johtavaan silikonirasvaan liitoksen lämpötilan säätämiseksi alle 125 astetta. Sähköajoneuvon latausmoduulin tapaustutkimuksessa diodin lämpötilan nousua vähennettiin 45 astetta 25 asteeseen optimoimalla PCB:n kuparifolioalue (Suurempi tai yhtä suuri kuin 100 mm ²/A).
2. Asettelun optimointi ja parasiittisten parametrien vaimennus
Parasiittisen induktanssin ohjaus: Piirilevyasettelussa diodin nastan reitityksen pituuden tulee olla<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%.
Lämpökytkentärakenne: Suuren tehotiheyden skenaarioissa käytetään yhteistä jäähdytyselementtimallia varmistamaan rinnakkaisten diodien lämpötilatasapaino. Tietyssä tiedonsiirtovirtalähteessä liitoksen lämpötilapoikkeamaa vähennettiin 15 astetta 5 asteeseen asentamalla neljä diodia tiiviisti jäähdytyselementtiä vasten.
4, Tekninen vahvistus: suljettu{1}}silmukka simuloinnista todelliseen mittaukseen
1. Simulaatiovahvistus
SPICE-mallin simulointi: Luo LTspice-malli diodin rinnakkaispiireille virranjakovaikutuksen ja lämmönjakauman tarkistamiseksi. Tietyssä ilmailun virtalähdetapauksessa simuloinnilla havaittiin, että rinnakkaisdiodeissa oli 20 %:n virran epätasapaino. Virranjakovastusparametrien optimoinnin jälkeen epätasapaino väheni 5 prosenttiin.
Lämpösimulaatioanalyysi: FloTHERMillä ja muilla työkaluilla simuloidaan lämmönpoistopolkua ja optimoidaan jäähdytyselementin rakenne. Raideliikenteen virtalähteen tapaustutkimuksessa jäähdytyselementin ripojen korkeus säädettiin simuloinnilla 15 mm:stä 20 mm:iin, mikä pienensi risteyksen maksimilämpötilaa 130 astetta 115 asteeseen.
2. Luotettavuustestaus
HALT-testaus: Tarkista suunnittelun rajat suuren kiihtyvyyden testauksen avulla. Sotilaallisen virtalähteen tapauksessa diodin rinnakkaisrakenne ei epäonnistunut 1000 syklin lämpötilan kierron jälkeen -40 astetta +125 asteeseen.
EMC-testaus: Tarkista, vastaako diodin käänteisen palautuksen synnyttämä kohina standardia. Lääketieteellisen laitteen virtalähteen tapaustutkimuksessa 100 pF:n kondensaattori kytkettiin rinnan diodin poikki säteilyhäiriöiden vähentämiseksi 45 dB μ V:stä 35 dB μ V:iin.
5, Tyypilliset käyttötapaukset
1. Redundantti virtalähde viestintätukiasemille
Käyttää 4 rinnakkaista 20A virtalähdettä, joista jokainen on eristetty SR1660 Schottky-diodilla (16A/60V). Toteuta korkea luotettavuus seuraavan suunnittelun avulla:

Virranjakovastuksen valinta: 0,3 Ω/5W sementtivastus varmistaa, että yksiputkivirta ei ylitä 15A
Lämmönpoistorakenne: jäähdytyselementin pinta-ala suurempi tai yhtä suuri kuin 200 cm ², liitoslämpötila<110 ℃ under natural heat dissipation conditions
Suojaustoiminto: TVS-diodi (18V/1kW) vaimentaa ylijännitteitä, varistori (150V) estää ylijännitteen
2. Latausmoduuli uusille energiaajoneuvoille
Perinteisten diodien korvaaminen SiC MOSFETeillä pienen häviön redundanssin saavuttamiseksi:

Topologia: taka-to-takaisin C2M0080120D SiC MOSFET (1200V/80m Ω)
Ohjauskaavio: LTC4416-ohjain, johtavuusjännitehäviö vain 0,1V
Tehokkuuden parannus: Schottky-diodiratkaisuihin verrattuna järjestelmän tehokkuus on noussut 92 %:sta 96 %:iin