Mikä on diodien tehtävä invertterisiltapiireissä?

一, Bridge Circuit Topology: Energy Channels Constructed by Diodes
Siltapiiri koostuu neljästä kytkinlaitteesta (kuten IGBT, MOSFET) ja neljästä diodista, jotka muodostavat symmetrisen "H" - -muotoisen rakenteen. Kytkinlaitteen tyypin mukaan se voidaan jakaa täysin ohjattuihin siltapiireihin (kuten IGBT-sillat) ja puoliohjattuihin siltapiireihin (kuten tyristorisillat), mutta tyypistä riippumatta diodeilla on kriittinen rooli.

Diodikonfiguraatio täydessä siltatopologiassa
Täysin ohjatussa täyssiltainvertterissä jokainen kytkinlaite (kuten IGBT) on kytketty käänteisesti rinnakkain diodin kanssa. Esimerkiksi neljästä N--kanavaisesta MOSFETistä muodostuvassa H-sillassa diodit D1-D4 on kytketty käänteisesti rinnakkain Q1-Q4:n kanssa muodostaen kaksisuuntaisia ​​virtakanavia. Kun Q1 ja Q4 ovat johtavia, virta kulkee tasavirtapuolen positiivisesta navasta Q1:n, kuorman ja Q4:n kautta takaisin negatiiviseen napaan; Kun Q1 on kytketty pois päältä ja Q2 päälle, kuormitusvirta kulkee D2:n läpi jännitepiikkejen välttämiseksi.
Diodien rooli puolisiltatopologiassa
Puolisiltapiiri koostuu kahdesta kytkinlaitteesta ja kahdesta kondensaattorista, ja diodeja käytetään pääasiassa kiinnitykseen tässä skenaariossa. Esimerkiksi aurinkosähköinverttereissä puolisiltatopologia kiristää DC-puolen jännitteen turvallisella alueella diodien kautta estääkseen kytkinlaitteiden vaurioitumisen ylijännitteen vuoksi.
2, Diodin ydintoiminto: vapaakäynnistä energiapalautteeseen
1. Jatkuva virtasuojaus: vaimentaa induktiivisten kuormien takasähkömotorista voimaa
Kun invertteri käyttää induktiivisia kuormia (kuten moottoreita ja muuntajia), kuormitusvirta jää jäljessä jännitteen muutoksista. Sillä hetkellä, kun kytkinlaite kytketään pois päältä, kuorman magneettikentän energia muodostaa korkean-jännitteen huipun takasähkömotorisen voiman (EMF) kautta, mikä voi rikkoa kytkinlaitteen. Tässä vaiheessa käänteiset rinnakkaisdiodit tarjoavat vapaan kulkureitin kuormitusvirralle kiinnittäen takasähkömotorisen voiman turvalliselle jännitealueelle.

Tapaus: Asynkronisessa moottorikäytössä staattorin käämitys voi vastata resistanssin ja induktanssin sarjakytkentää. Kun IGBT on kytketty pois päältä, käämivirta kulkee käänteisen rinnakkaisdiodin läpi estääkseen jännitepiikkejä vahingoittamasta teholaitteita. Kokeelliset tiedot osoittavat, että vaihtosuuntaajien, joissa ei ole vapaakäyntidiodeja, kytkinlaitteiden vikaantuvuus on yli kolminkertainen diodilla varustetuissa järjestelmissä.

2. Energian takaisinkytkentä: loistehon kaksisuuntaisen virtauksen saavuttaminen
Jännitetyyppinen invertteri vaatii DC-puolella rinnakkaiskondensaattorin tarjoamaan kanavan loisenergian takaisinkytkennälle AC-puolelta DC-puolelle. Kun lähtöjännitteen polariteetti on päinvastainen kuin virran polariteetti (kuten resistiivisen kuorman induktiivisessa virtavaiheessa), käänteiset rinnakkaisdiodit johtavat, jolloin reaktiivinen energia voidaan syöttää takaisin DC-puolen kondensaattoriin diodien kautta, jolloin vältetään energian kertyminen ja jännitteen nousu.

Vertaileva analyysi: Virtalähdeinvertterin DC-puoli on kytketty sarjaan suuren induktorin kanssa, ja induktori puskuroi loisenergian ilman takaisinkytkentädiodeja; Jännitetyyppisten invertterien on käytettävä diodeja energian takaisinkytkentäkanavien rakentamisessa, muuten järjestelmä romahtaa loistehon kertymisen vuoksi.

3. Kuolleen alueen kompensointi: Poistaa kytkinviiveen aiheuttaman virran vääristymän
Siltavarren suoran oikosulun estämiseksi invertterin ohjauksen on asetettava kuollut aika (yleensä 1-5 μs). Tänä aikana kytkinlaitteet ovat kaikki pois päältä, mutta kuormitusvirran täytyy silti kulkea. Käänteiset rinnakkaisdiodit johtavat automaattisesti kuolleen aikana, säilyttäen virran jatkuvuuden ja välttäen lähtöjännitteen aaltomuodon vääristymisen.

Kokeelliset tiedot: 10 kW:n aurinkosähköinvertterissä ilman kuolleen alueen kompensointidiodia lähtöjännite THD (koko harmoninen särö) saavuttaa 8 %; Diodien käyttöönoton jälkeen THD laski alle 3 prosenttiin, mikä paransi merkittävästi virranlaatua.

3, Tyypilliset sovellusskenaariot: teollisuuskäytöstä uuteen energiaverkkoon
1. Teollinen taajuusmuuttaja: korkea-tarkkuus moottorin ohjaus
Teollisissa taajuusmuuttajissa siltapiirit saavuttavat muuttuvan taajuuden nopeuden säädön PWM-modulaation avulla. Tässä skenaariossa diodien on kestettävä suuri-taajuuden kytkentärasitus (yleensä yli 20 kHz), joten tarvitaan ultranopeita palautusdiodeja (kuten SiC-diodeja). Niiden käänteinen palautumisaika voidaan lyhentää alle 10 ns:iin, mikä on 10 kertaa suurempi kuin perinteisten pii{6}}diodien ja vähentää merkittävästi kytkentähäviöitä.

Case: Kun pii{0}}pohjaiset laitteet korvattiin SiC-diodeilla, valssaamon taajuusmuuttajan järjestelmän tehokkuus nousi tietyssä teräsyrityksessä 96 %:sta 98,5 %:iin ja vuotuinen virransäästö oli 2 miljoonaa kWh.

2. Aurinkosähköinvertteri: Maksimitehopisteen seuranta (MPPT)
Aurinkosähköverkkoon kytketyissä inverttereissä siltapiirin on saavutettava DC-AC-muunnos samalla kun tehontuotantoteho maksimoi MPPT-algoritmin avulla. Tässä skenaariossa diodien on tasapainotettava pieni eteenpäin menevä jännitehäviö ja korkea kestojännite. Esimerkiksi Schottky-diodien käyttö voi pienentää lähtöjännitteen pudotusta 0,7 V:sta 0,3 V:iin, mikä vähentää tehohäviötä.

Tietojen vertailu: 100 kW:n aurinkosähköinvertterissä Schottky-diodien käyttö voi lisätä vuotuista sähköntuotantoa 12 000 kWh:lla ja lyhentää investointien takaisinmaksuaikaa 6 kuukaudella tavallisiin diodeihin verrattuna.

3. Sähköajoneuvon moottorin ohjain: suuren-tiheyden tehomuunnos
Sähköajoneuvon moottoriohjaimen on saavutettava suuri tehotiheysmuunnos rajoitetussa tilassa. Siltapiireissä olevien diodien on kestettävä suuria virrantiheyksiä (yleensä yli 200 A/cm ²), joten puristusdiodimoduuli tarvitaan alhaisen lämpövastuksen aikaansaamiseksi hopeasintraustekniikan avulla, mikä varmistaa laitteen vakaan toiminnan korkeissa 150 asteen lämpötiloissa.

Teknologinen läpimurto: Tietyn autoyhtiön uusin moottorinohjain käyttää puristettua SiC-diodimoduulia, jonka tehotiheys on 50 kW/L, mikä on kolme kertaa suurempi kuin perinteiset pii{1}}pohjaiset ratkaisut, ja järjestelmän tehokkuus on ylittänyt 98,5 %.