ไดโอดทำงานอย่างไรในระบบป้อนกลับพลังงาน

ประการหนึ่ง ลักษณะทางเทคนิคของไดโอด: พื้นฐานทางกายภาพสำหรับการป้อนกลับพลังงาน
ไดโอดคือโครงสร้างจุดเชื่อมต่อ PN ที่เกิดขึ้นโดยเซมิคอนดักเตอร์ชนิด P- และเซมิคอนดักเตอร์ชนิด N- และคุณลักษณะหลักของไดโอดประกอบด้วย:

การนำไฟฟ้าทิศทางเดียว: ดำเนินการเมื่อมีไบแอสไปข้างหน้า (ด้วยแรงดันการนำไฟฟ้าประมาณ 0.6-0.7V สำหรับทรานซิสเตอร์ซิลิคอน และ 0.2-0.5V สำหรับไดโอด Schottky) และปิดเมื่อมีการไบแอสแบบย้อนกลับ (มีกระแสรั่วไหลย้อนกลับระดับไมโครแอมแปร์เท่านั้น)
ความสามารถในการสลับที่รวดเร็ว: เวลาการกู้คืนแบบย้อนกลับของไดโอด Schottky นั้นใกล้เคียงกับศูนย์ และเวลาการกู้คืนแบบย้อนกลับของไดโอดซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) สามารถสั้นลงเหลือน้อยกว่า 10 นาโนวินาที
ลักษณะความต้านทานแรงดันและกระแส: ไดโอดเกรดอุตสาหกรรมสามารถทนแรงดันไฟฟ้าได้หลายพันโวลต์ และมีความสามารถในการต้านทานกระแสไฟฟ้าชั่วคราวเกินร้อยแอมแปร์
คุณลักษณะเหล่านี้ช่วยให้สามารถทำหน้าที่หลักสามประการในระบบป้อนกลับพลังงาน:

การแก้ไข: กระบวนการเริ่มต้นของการแปลงกระแสสลับเป็นกระแสตรงเพื่อให้ได้พลังงานป้อนกลับ
กระแสไฟฟ้าต่อเนื่อง: ในวงจรมอเตอร์ไดรฟ์หรืออินเวอร์เตอร์ จะมีเส้นทางกระแสสำหรับโหลดแบบเหนี่ยวนำเพื่อป้องกันแรงดันไฟฟ้าพุ่งสูง
การป้องกัน: แยกแรงดันไฟฟ้าย้อนกลับเพื่อป้องกันผลกระทบต่ออุปกรณ์ด้านกำลังไฟในระหว่างกระบวนการป้อนกลับพลังงาน
2 สถานการณ์การใช้งานทั่วไป: ตั้งแต่ยานพาหนะพลังงานใหม่ไปจนถึงการจัดเก็บพลังงานทางอุตสาหกรรม
1. ระบบฟื้นฟูพลังงานเบรกรถยนต์พลังงานใหม่
ในระหว่างกระบวนการเบรกของยานพาหนะไฟฟ้า มอเตอร์ดุมล้อจะเปลี่ยนจากโหมดการขับขี่เป็นโหมดการกำเนิดไฟฟ้า ซึ่งผลิตกระแสสลับสาม-เฟส ณ จุดนี้ สะพานเรียงกระแสไดโอด (โดยปกติจะประกอบด้วย 6 ไดโอด) จะแปลงไฟ AC เป็นไฟ DC ซึ่งจะถูกเพิ่มพลังด้วยอินเวอร์เตอร์และชาร์จเข้าไปในแบตเตอรี่พลังงาน ตรรกะการทำงานมีดังนี้:

Energy management strategy: The brake controller dynamically adjusts the recovery intensity based on the battery SOC (remaining charge). When SOC>80% ยกเลิกการนำพลังงานกลับมาใช้ใหม่ เมื่อ สคส<70%, full power recovery occurs.
ข้อกำหนดในการเลือกไดโอด: ใช้ไดโอด Schottky หรือไดโอด SiC ที่มีแรงดันตกคร่อมไปข้างหน้าต่ำเพื่อลดการสูญเสียการนำไฟฟ้า ตัวอย่างเช่น หลังจากใช้ไดโอด SiC Schottky ในรถยนต์บางรุ่น ประสิทธิภาพการคืนสภาพของการเบรกเพิ่มขึ้น 3% และระยะเพิ่มขึ้น 5 กิโลเมตร
การออกแบบการจัดการความร้อน: ภายใต้สภาวะกระแสไฟสูง บรรจุภัณฑ์ไดโอดควรใช้โครงสร้างต้านทานความร้อนต่ำ TO-247 หรือ DFN8 × 8 รวมกับระบบระบายความร้อนด้วยของเหลวเพื่อให้แน่ใจว่าอุณหภูมิทางแยกน้อยกว่าหรือเท่ากับ 150 องศา
2. หน่วยตอบรับพลังงานสำหรับตัวแปลงความถี่ทางอุตสาหกรรม
ในระหว่างขั้นตอนการชะลอความเร็วของอุปกรณ์ เช่น ลิฟต์และเครน มอเตอร์จะอยู่ในสถานะสร้าง และพลังงานไฟฟ้าที่สร้างขึ้นจะถูกป้อนกลับไปยังตัวเก็บประจุบัส DC ผ่านทางสะพานไดโอดเรกติไฟเออร์ หากมีพลังงานมากเกินไป IGBT และไดโอดรวมกันใน IPM (โมดูลพลังงานอัจฉริยะ) จะถูกใช้เพื่อแปลงไฟ DC เป็นไฟ AC และป้อนกลับไปยังโครงข่าย ไฮไลท์ทางเทคโนโลยีประกอบด้วย:

การแก้ไขที่มีประสิทธิภาพ: การใช้ไดโอดฟื้นตัวเร็ว (FRD) หรือไดโอด SiC เวลาการกู้คืนแบบย้อนกลับจะลดลงเหลือ 1/10 ของหลอดซิลิคอนแบบเดิม และการสูญเสียการสลับจะลดลง 70%
การควบคุมการซิงโครไนซ์กริด: ด้วยการใช้เทคโนโลยีเฟส-ล็อกลูป (PLL) กระแสป้อนกลับและแรงดันกริดจะถูกซิงโครไนซ์ในความถี่และเฟส โดยมีตัวประกอบกำลังมากกว่าหรือเท่ากับ 0.99
กลไกการป้องกัน: ไดโอด TVS (การลดแรงดันไฟฟ้าชั่วคราว) จะหนีบแรงดันไฟฟ้าที่พุ่งขึ้นอย่างรวดเร็วเพื่อป้องกันความเสียหายต่ออุปกรณ์ที่เกิดจากฟ้าผ่าหรือแรงดันไฟฟ้าเกิน
3. ตัวแปลงแบบสองทิศทางสำหรับโรงไฟฟ้าเก็บพลังงาน
ในสถานการณ์สมมติของการตัดจุดสูงสุดของโครงข่ายไฟฟ้า ระบบกักเก็บพลังงานสามารถสลับการจ่ายประจุผ่านตัวแปลง DC/DC แบบสองทิศทางได้ ไดโอดมีบทบาทสองประการในกระบวนการนี้:

โหมดการชาร์จ: ในฐานะที่เป็นส่วนประกอบของวงจรเรียงกระแส จะแปลงไฟ AC เป็นไฟ DC และเก็บไว้ในแบตเตอรี่
โหมดคายประจุ: เนื่องจากเป็นไดโอดแบบหมุนอิสระ จึงทำให้มีเส้นทางกระแสสำหรับวงจรอินเวอร์เตอร์เพื่อให้แน่ใจว่าเอาต์พุตพลังงานจะราบรื่น
ยกตัวอย่างระบบจัดเก็บพลังงานสำหรับตู้คอนเทนเนอร์ขนาด 20 ฟุต BMS (ระบบจัดการแบตเตอรี่) ใช้ TVS 1600-1800 และไดโอด Schottky สำหรับการปรับสมดุลแบตเตอรี่ การป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกิน และป้องกันการต่อกลับด้าน หลังจากใช้ไดโอด Trench Schottky ประสิทธิภาพของระบบเพิ่มขึ้น 0.4% และการประหยัดพลังงานต่อปีของกล่องเดียวเกิน 1,000 kWh