จะเลือกไดโอดให้เหมาะกับระบบพลังงานไฟฟ้าแรงสูง-ได้อย่างไร

一 การจำแนกทางเทคนิคและคุณลักษณะหลักของไดโอดแรงดันไฟฟ้าสูง-
1. จำแนกตามวัสดุและโครงสร้าง
ไดโอดแรงดันไฟฟ้าสูง-ที่ใช้ซิลิกอน: ตัวเลือกกระแสหลักที่มีแรงดันไฟฟ้าหลายพันโวลต์และเวลาการกู้คืนแบบย้อนกลับที่ยาวนาน (ระดับไมโครวินาที) เหมาะสำหรับการแก้ไขความถี่กำลัง
ไดโอดแรงดันไฟฟ้าสูง-ของซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC): ด้วยแรงดันไฟฟ้าที่ทนเกิน 3300V เวลาการกู้คืนแบบย้อนกลับจะลดลงเหลือนาโนวินาที และประสิทธิภาพการทำงานที่อุณหภูมิสูง-ดีเยี่ยม (อุณหภูมิทางแยกสามารถสูงถึง 200 องศา ) เหมาะสำหรับสถานการณ์การสลับความถี่สูง-
ไดโอดแก้วแบบพาสซีฟ (GPP): ด้วยการยิงชั้นแก้วบนพื้นผิวของจุดเชื่อมต่อ PN ความเสถียรของแรงดันไฟฟ้าและความต้านทานความชื้นได้รับการปรับปรุง โดยมีความต้านทานแรงดันไฟฟ้าทั่วไปที่ 600V-1200V
2. จำแนกตามหน้าที่
ไดโอดเรียงกระแส: แปลง AC เป็น DC โดยมีพารามิเตอร์หลักสำหรับกระแสไฟฟฉาที่เรียงกระแสสูงสุด (IF) และเวลาการคืนสภาพแบบย้อนกลับ (Trr)
Fast Recovery Diode (FRD): Trr น้อยกว่าหรือเท่ากับ 50ns เหมาะสำหรับสถานการณ์ความถี่สูง- เช่น การสลับแหล่งจ่ายไฟและอินเวอร์เตอร์
ไดโอด Schottky (SBD): การลดแรงดันไฟฟ้าไปข้างหน้า (0.3-0.5V) ไม่มีเวลาการกู้คืนแบบย้อนกลับ แต่มีแรงดันไฟฟ้าทนจำกัด (ปกติน้อยกว่าหรือเท่ากับ 200V) ต้องใช้การเชื่อมต่อแบบอนุกรมเพื่อเพิ่มแรงดันไฟฟ้าทน
ไดโอดลดแรงดันไฟฟ้าชั่วคราว (TVS): เวลาตอบสนองน้อยกว่าหรือเท่ากับ 1ns แรงดันแคลมป์ที่แม่นยำ ใช้สำหรับป้องกันฟ้าผ่าและป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกิน
2, พารามิเตอร์หลักหกตัวสำหรับการเลือกไดโอดแรงดันไฟฟ้าสูง-
1. ความต้านทานแรงดันไฟฟ้า (VRRM/VBR)
คำจำกัดความ: แรงดันไฟฟ้าสูงสุดซ้ำซ้อนย้อนกลับสูงสุด (VRRM) ควรสูงกว่าแรงดันไฟฟ้าสูงสุดของระบบ 1.5-2 เท่า เพื่อหลีกเลี่ยงความเสียหายที่เกิดจากความผันผวนของแรงดันไฟฟ้า
หลักการเลือก:
อินเวอร์เตอร์ไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ฝั่ง DC: ระบบ 1500V ต้องใช้ไดโอด 1700V (เช่น ซีรีส์ Taike Tianrun G3S170)
ระบบรางลาก: ระบบ 3300V ต้องใช้ไดโอด SiC 3300V (เช่น ซีรีส์ Taike Tianrun G3S330)
2. ความสามารถในการไหล (IF/IFSM)
คำจำกัดความ: กระแสไฟฟฉาที่เรียงกระแสเฉลี่ย (IF) จะต้องสูงกว่ากระแสไฟเฉลี่ยของระบบ 1.5 เท่า กระแสไฟกระชากสูงสุด (IFSM) จำเป็นต้องทนต่อแรงกระแทกที่เกิดขึ้นทันทีระหว่างสตาร์ทเครื่องหรือลัดวงจร
หลักการเลือก:
มอเตอร์ขับเคลื่อนอุตสาหกรรม: เลือก IF มากกว่าหรือเท่ากับ 2 เท่าของกระแสพิกัด IFSM มากกว่าหรือเท่ากับ 10 เท่าของกระแสพิกัด
อินเวอร์เตอร์ไฟฟ้าโซลาร์เซลล์: เลือก IF มากกว่าหรือเท่ากับ 1.5 เท่าของกระแสเอาต์พุตสูงสุด IFSM มากกว่าหรือเท่ากับ 20kA (รูปคลื่น 8/20 μ s)
3. ความเร็วในการสลับ (Trr/Ton/Off)
คำนิยาม: Reverse Recovery Time (Trr) จะกำหนดการสูญเสียการสวิตชิ่งในสถานการณ์ความถี่สูง- เวลา Ton/Off ส่งผลต่อความเร็วการตอบสนองของระบบ
หลักการเลือก:
Switching power supply (>10kHz): เลือกไดโอดฟื้นตัวเร็วที่มี Trr น้อยกว่าหรือเท่ากับ 50ns (เช่น ASEMI MUR1660AC, Trr=35ns)
อินเวอร์เตอร์ซิลิคอนคาร์ไบด์: เลือกไดโอด SiC ที่มี Trr น้อยกว่าหรือเท่ากับ 10ns (เช่น ซีรีส์ Taike Tianrun G3S170, Trr{3}}ns)
4. แรงดันตกคร่อมเชิงบวก (VF)
คำจำกัดความ: เมื่อดำเนินการ แรงดันไฟฟ้าที่ปลายทั้งสองข้างจะส่งผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพของระบบ
หลักการเลือก:
สถานการณ์แรงดันไฟฟ้าต่ำและกระแสสูง (เช่น ระบบ 48V DC): ควรให้ความสำคัญกับการเลือกไดโอด Schottky ที่มี VF น้อยกว่าหรือเท่ากับ 0.5V
สถานการณ์ไฟฟ้าแรงสูง (เช่น สูงกว่า 1,000V): เลือกไดโอด SiC ที่มี VF น้อยกว่าหรือเท่ากับ 2.5V ซึ่งสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพได้ 3-5% เมื่อเทียบกับไดโอดซิลิคอน
5. ประสิทธิภาพการระบายความร้อน (TjM/Rth)
คำจำกัดความ: อุณหภูมิจุดเชื่อมต่อสูงสุด (TjM) ควรต่ำกว่าค่าขีดจำกัดของอุปกรณ์ (150 องศาสำหรับหลอดซิลิคอน, 200 องศาสำหรับหลอด SiC) ความต้านทานความร้อน (Rth) เป็นตัวกำหนดประสิทธิภาพการกระจายความร้อน
หลักการเลือก:
โมดูลพลังงานความหนาแน่นสูง: เลือกอุปกรณ์แพ็คเกจ TO-247 ที่มี Rth น้อยกว่าหรือเท่ากับ 0.5 องศา /W
การใช้งานในสภาพแวดล้อมแบบปิด: เลือกอุปกรณ์ที่มี TjM มากกว่าหรือเท่ากับ 175 องศา และสำรองพื้นที่การลดพิกัด
6. การรับรองความน่าเชื่อถือ
เกณฑ์สำคัญ:
การรับรองความปลอดภัย: UL (อเมริกาเหนือ), TUV (เยอรมนี), CQC (จีน)
การทดสอบอายุการใช้งาน: ทดสอบเป็นเวลา 1,000 ชั่วโมงโดยใช้ HTRB (High Temperature Reverse Bias)
ความน่าเชื่อถือของบรรจุภัณฑ์: หลีกเลี่ยงการใช้ปลั๊กแกน-ในบรรจุภัณฑ์ และให้ความสำคัญกับการเลือกบรรจุภัณฑ์ SMT (เช่น DFN8 × 8)
3 กระบวนการคัดเลือกไดโอดไฟฟ้าแรงสูงและการวิเคราะห์กรณี
1. กระบวนการคัดเลือก
การวิเคราะห์ความต้องการ: ชี้แจงพารามิเตอร์ของระบบ เช่น แรงดันไฟฟ้า กระแสไฟฟ้า ความถี่ และอุณหภูมิโดยรอบ
การจำแนกประเภทอุปกรณ์: เลือกวงจรเรียงกระแส, การกู้คืนอย่างรวดเร็ว, TVS และประเภทอื่นๆ ตามความต้องการด้านการทำงาน
การจับคู่พารามิเตอร์: คัดกรองอุปกรณ์ที่เป็นตัวเลือกตามพารามิเตอร์หลัก (ความต้านทานแรงดันไฟฟ้า การไหลของกระแส ความเร็ว)
การออกแบบการลดพิกัด: การลดแรงดันไฟฟ้า 1.5-2 เท่า, การลดพิกัดกระแส 1.2-1.5 เท่า
การตรวจสอบความน่าเชื่อถือ: ตรวจสอบความทนทานของอุปกรณ์ผ่าน HALT (การทดสอบอายุการใช้งานความเร่งสูง)
2. กรณีการใช้งานทั่วไป
กรณีที่ 1: การป้องกันด้าน DC ของอินเวอร์เตอร์ไฟฟ้าโซลาร์เซลล์
ข้อกำหนด: ต้องใช้ระบบ 1500V เพื่อให้สามารถต้านทานกระแสไฟกระชาก 20kA ได้อย่างมีประสิทธิภาพมากกว่าหรือเท่ากับ 98%
แผนการคัดเลือก:
วงจรเรียงกระแสหลัก: Taike Tianrun 1700V/50A SiC ไดโอด (G3S750P), VF=1.7V, Trr=8ns
การป้องกันไฟกระชาก: ไดโอด TVS ของ Toshiba HN1D05FE (VR=400V, IPP=20kA)
ผลกระทบ: ประสิทธิภาพของระบบดีขึ้น 2% เวลาตอบสนองการป้องกันไฟกระชากน้อยกว่าหรือเท่ากับ 1ns
กรณีที่ 2: ตัวแปลงแรงดึงของระบบราง
ข้อกำหนด: ระบบ 3300V, ความถี่สวิตชิ่ง 5kHz, จำเป็นต้องทนต่อกระแสไฟลัดวงจร 100kA-
แผนการคัดเลือก:
โมดูลเรียงกระแส: Taike Tianrun 3300V/50A SiC ไดโอด (G3S33050P), IFSM=100kA.
ไดโอดฟื้นตัวเร็ว: ASEMI MUR3060PT (600V/30A, Trr=35ns)
ผลกระทบ: ระดับเสียงของระบบลดลง 30% และการสูญเสียสวิตช์ลดลง 40%
4 แนวโน้มในอนาคตในการเลือกไดโอดไฟฟ้าแรงสูง
1. ความนิยมของเซมิคอนดักเตอร์แบบ bandgap แบบกว้าง
ไดโอด SiC มีแรงดันไฟฟ้าทนเกิน 3300V และแรงดันตกคร่อมไปข้างหน้าลดลงเหลือ 1.5V ทำให้เหมาะสำหรับระบบจำหน่ายแรงดันไฟฟ้าปานกลางที่สูงกว่า 10kV
ไดโอดแกลเลียมไนไตรด์ (GaN) เข้าสู่สนามไฟฟ้าแรงสูง- โดยเวลาในการคืนสภาพย้อนกลับลดลงเหลือน้อยกว่า 1 นาโนวินาที
2. เครื่องมือเลือกอัจฉริยะ
ซัพพลายเออร์จัดเตรียมแพลตฟอร์มการจำลองออนไลน์ (เช่น ตัวเลือก Taike Tianrun SiC) ซึ่งจะแนะนำการรวมอุปกรณ์โดยอัตโนมัติหลังจากป้อนพารามิเตอร์ระบบ
เทคโนโลยี Digital Twin ใช้เพื่อคาดการณ์อายุการใช้งานและโหมดความล้มเหลวของอุปกรณ์ภายใต้สภาวะการทำงานที่รุนแรง
3. การทำให้เป็นโมดูลและการบูรณาการ
ไดโอดและ IGBT/MOSFET ถูกรวมไว้ในโมดูลเดียว (เช่น ซีรีส์ Infineon EasyPACK) ทำให้การออกแบบระบบง่ายขึ้น
บรรจุภัณฑ์ Press Pack ช่วยเพิ่มความต้านทานแรงกระแทกและประสิทธิภาพการกระจายความร้อนของอุปกรณ์ไฟฟ้าแรงสูง-