อุปกรณ์พลังงานแบบแยกส่วนสามารถลดการใช้พลังงานผ่านไดโอดได้อย่างไร

หลักการทางเทคนิค: ความสัมพันธ์ระหว่างคุณลักษณะของไดโอดและการปรับปรุงประสิทธิภาพพลังงาน
ข้อได้เปรียบด้านประสิทธิภาพการใช้พลังงานหลักของไดโอดอยู่ที่แรงดันตกคร่อมไปข้างหน้าต่ำ (Vf) และคุณลักษณะการกู้คืนแบบย้อนกลับอย่างรวดเร็ว (Trr) แรงดันตกคร่อมไปข้างหน้าของไดโอดซิลิคอนเรกติฟายเออร์แบบดั้งเดิมมักจะอยู่ที่ 0.6-0.7V ในขณะที่ไดโอดชอตกีลด Vf เหลือ 0.1-0.4V ผ่านโครงสร้างหน้าสัมผัสของเซมิคอนดักเตอร์โลหะ และไดโอดชอตกีซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) ยังสามารถลดค่าลงให้ต่ำกว่า 0.2V ได้อีกด้วย ยกตัวอย่างระบบ 48V/20A ถ้าใช้ไดโอดชอตกีที่มี Vf=0.4V การสูญเสียการนำไฟฟ้าจะอยู่ที่ 8W; หากใช้ไดโอดซิลิคอนที่มี Vf=0.7V การสูญเสียจะสูงถึง 14W และความแตกต่างด้านประสิทธิภาพจะมีนัยสำคัญ

Reverse Recovery Time (Trr) เป็นพารามิเตอร์สำคัญในสถานการณ์การสลับความถี่สูง- ค่า Trr ของไดโอดเรียงกระแสแบบธรรมดาสามารถสูงถึงหลายร้อยนาโนวินาที ส่งผลให้เกิดกระแสการกู้คืนแบบย้อนกลับในระหว่างกระบวนการสวิตชิ่ง ทำให้เกิดการสูญเสียเพิ่มเติมและแรงดันไฟฟ้าพุ่งสูงขึ้น Trr ของไดโอดกู้คืนที่เร็วเป็นพิเศษ (เช่น UF4007) สามารถบีบอัดได้ภายใน 35ns และไดโอด SiC สามารถบรรลุคุณลักษณะการกู้คืนแบบย้อนกลับที่เกือบเป็นศูนย์ ซึ่งช่วยลดการสูญเสียการสลับได้มากกว่า 70%

2, การเลือกอุปกรณ์: กลยุทธ์การจับคู่พารามิเตอร์ตามฉาก
1. การควบคุมกำลังการผลิตและความไม่ต่อเนื่องในปัจจุบัน
ระบบโมดูลาร์จำเป็นต้องรับมือกับสถานการณ์ความล้มเหลวของโมดูลเดี่ยว และไดโอดแบบขนานจำเป็นต้องเป็นไปตามข้อกำหนดต่อไปนี้:

พิกัดกระแสสำรอง: กระแสพิกัดของหลอดเดียวควรมากกว่าหรือเท่ากับกระแสโหลดสูงสุดของระบบหารด้วย (จำนวนการเชื่อมต่อแบบขนาน x 0.8) ตัวอย่างเช่น ในโมดูลการชาร์จของรถยนต์พลังงานใหม่ ไดโอด SiC Schottky ขนาด 30A จำนวนสี่ตัวเชื่อมต่อแบบขนาน ซึ่งสามารถรองรับเอาต์พุตกระแสไฟต่อเนื่องที่ 120A และสำรองส่วนต่างความปลอดภัย 20%
ความสม่ำเสมอของแรงดันตกคร่อมไปข้างหน้า: การกระจาย Vf ของไดโอดแบบขนานควรน้อยกว่าหรือเท่ากับ 5% ในกรณีอินเวอร์เตอร์ไฟฟ้าโซลาร์เซลล์บางรุ่น ด้วยการคัดกรองอุปกรณ์ที่มีค่าเบี่ยงเบน Vf ± 0.05V ค่าเบี่ยงเบนการกระจายกระแสในช่วงอุณหภูมิทั้งหมดจะลดลงเหลือ<± 3%.
2. ลักษณะย้อนกลับและข้อกำหนดการป้องกัน
ระยะขอบแรงดันไฟฟ้าที่ทนต่อการย้อนกลับ: ไดโอด VRRM จะต้องมากกว่าหรือเท่ากับ 1.5 เท่าของแรงดันไฟฟ้าสูงสุดของระบบ ในระบบที่เชื่อมต่อกับโครงข่ายไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ขนาด 1500V ต้องเลือกอุปกรณ์ที่มี VRRM มากกว่าหรือเท่ากับ 2200V
การควบคุมกระแสไฟรั่วแบบย้อนกลับ: ภายใต้สภาวะที่มีอุณหภูมิสูง กระแสไฟรั่วแบบย้อนกลับของไดโอด Schottky อาจเพิ่มขึ้นเป็นสิบมิลลิแอมป์ ด้วยการใช้วัสดุ bandgap แบบกว้าง (เช่น GaN) หรือโครงสร้างคอมโพสิต (เช่น การเพิ่มประสิทธิภาพของชั้นกั้น) กระแสไฟรั่วที่ 125 องศาสามารถระงับให้ต่ำกว่า 1 μ A
3 การออกแบบโทโพโลยี: การเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานร่วมกันของความซ้ำซ้อนและประสิทธิภาพ
1. สถาปัตยกรรมการแบ่งปันปัจจุบันแบบขนาน
รูปแบบการแบ่งปันกระแสแบบพาสซีฟ: การปรับสมดุลกระแสสามารถทำได้โดยการเชื่อมต่อตัวต้านทานการแบ่งกระแสแบบเหนี่ยวนำต่ำ 0.1-0.5 Ωเป็นอนุกรม ในกรณีแหล่งจ่ายไฟของสถานีฐานการสื่อสารบางแห่ง จะมีการใช้การออกแบบแบบขนาน 4 หลอด เมื่อท่อหลักล้มเหลว สาขาสำรองสามารถรับช่วงต่อได้ภายใน 10 μs และการใช้พลังงานของตัวต้านทานการแชร์กระแสจะถูกควบคุมภายใน 0.5W
รูปแบบการแชร์กระแสที่ใช้งานอยู่: การใช้ชิปการแชร์กระแสที่ใช้งานอยู่ เช่น LTC4370 การจัดสรรแบบไดนามิกทำได้โดยการปรับแรงดันเกต ในกรณีแหล่งจ่ายไฟของศูนย์ข้อมูล ระบบขนาน 4 หลอดเกิดข้อผิดพลาดในการกระจายกระแสโหลด<± 2% through active control.
2. การออกแบบแยกซ้ำซ้อน
โทโพโลยีซ้ำซ้อน +1: โมดูลหลักและโมดูลสำรองถูกแยกออกด้วยไดโอด แหล่งจ่ายไฟของอุปกรณ์ทางการแพทย์บางชนิดใช้การออกแบบสำรอง 3+1 และโมดูลสำรองถูกแยกออกจากวงจรหลักผ่านไดโอด โดยมีเวลาในการเปลี่ยนข้อผิดพลาดน้อยกว่า 50 μ s
โซลูชันการเปลี่ยนไดโอดในอุดมคติ: การใช้ตัวควบคุม เช่น LTC4412 เพื่อขับเคลื่อน MOSFET ทำให้เกิดการแยกแรงดันไฟฟ้าตกจนเกือบเป็นศูนย์ ในกรณีแหล่งจ่ายไฟของเซิร์ฟเวอร์ โซลูชันนี้ช่วยลดแรงดันการนำไฟฟ้าที่ลดลงจาก 0.45V เป็น 0.02V ส่งผลให้ประสิทธิภาพเพิ่มขึ้น 12%
4 การปฏิบัติทางวิศวกรรม: ผลการประหยัดพลังงานในสถานการณ์ทั่วไป
1. ระบบการชาร์จสำหรับรถยนต์พลังงานใหม่
ในเครื่องชาร์จในรถยนต์ (OBC) ไดโอด Schottky ทำหน้าที่แก้ไขและหมุนอย่างอิสระ ด้วยการใช้ไดโอด SiC Schottky ที่มี Vf=0.2V ประสิทธิภาพการชาร์จของยานพาหนะบางรุ่นได้รับการปรับปรุงจาก 92% เป็น 95% และเวลาในการชาร์จครั้งเดียวก็สั้นลงประมาณ 3-5 นาที (ใช้เครื่องชาร์จขนาด 6.6kW เป็นตัวอย่าง) ขณะเดียวกันการใช้พลังงานของระบบทำความเย็นก็ลดลง 30%

2. อินเวอร์เตอร์ไฟฟ้าโซลาร์เซลล์
ในอินเวอร์เตอร์แบบสตริง ไดโอดจะใช้สำหรับการลู่เข้าด้านไฟฟ้ากระแสตรงและการแก้ไขด้านไฟฟ้ากระแสสลับ ในกรณีของระบบไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ขนาด 100kW บางรุ่น เมื่อเปลี่ยนไดโอดซิลิคอนด้วยไดโอดกู้คืนเร็วพิเศษ SiC ประสิทธิภาพการแปลงอินเวอร์เตอร์เพิ่มขึ้นจาก 98.2% เป็น 98.8% และการผลิตไฟฟ้าต่อปีเพิ่มขึ้นประมาณ 480kWh

3. แหล่งจ่ายไฟสำรองสำหรับศูนย์ข้อมูล
ในระบบจ่ายไฟสำรอง 48V/100A จะใช้รูปแบบการแบ่งกระแสไฟแบบแอ็คทีฟที่มีหลอดขนาน 4 หลอด โดยการปรับเค้าโครง PCB ให้เหมาะสม (ความยาวเส้นทางพิน<5mm) and heat dissipation design (heat sink area ≥ 200cm ²), the diode junction temperature was reduced from 130 ℃ to 105 ℃, and the system MTBF (mean time between failures) was doubled.