ไดโอดในอินเวอร์เตอร์ฟูลบริดจ์และฮาล์ฟบริดจ์มีบทบาทที่แตกต่างกันอย่างไร

1 ความแตกต่างของโทโพโลยีจะกำหนดตำแหน่งการทำงานพื้นฐานของไดโอด
(1) สถาปัตยกรรมที่เรียบง่ายของอินเวอร์เตอร์ฮาล์ฟบริดจ์และบทบาทของแกนไดโอด
อินเวอร์เตอร์ฮาล์ฟบริดจ์ใช้โครงสร้างไดโอดคู่แบบสวิตช์คู่ และด้าน DC สร้างจุดศักย์ไฟฟ้าสองจุดที่ ± Vdc/2 ผ่านการแบ่งแรงดันไฟฟ้าของตัวเก็บประจุ จากตัวอย่างโหลดแบบเหนี่ยวนำ เมื่อสวิตช์แขนบริดจ์ด้านบน M1 เปิดอยู่ เส้นทางปัจจุบันคือ Vdc/2 → M1 → โหลด → Vdc/2 และไดโอด D1 อยู่ในสถานะตัดกลับ เมื่อปิด M1 แรงเคลื่อนไฟฟ้าย้อนกลับที่สร้างขึ้นโดยตัวเหนี่ยวนำโหลดจะสร้างวงจรอิสระผ่าน D2: โหลด → D2 → Vdc/2 ซึ่งบรรลุฟังก์ชันหลักสองประการ:

แคลมป์แรงดันไฟฟ้า: จำกัดแรงดันไฟฟ้าที่ท่อสวิตช์สามารถทนต่อ Vdc/2 เพื่อหลีกเลี่ยงความเสียหายจากแรงดันไฟฟ้าเกิน
การตอบสนองด้านพลังงาน: มีช่องปล่อยสำหรับการจัดเก็บพลังงานแบบเหนี่ยวนำ เพื่อป้องกันแรงดันไฟฟ้าพุ่งสูงที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงกระแสอย่างกะทันหัน
ข้อมูลการทดลองแสดงให้เห็นว่าในระบบอินเวอร์เตอร์ฮาล์ฟบริดจ์ขนาด 1kW กระแสหมุนอิสระสูงสุดของ D2 สามารถเข้าถึงกระแสโหลดที่กำหนดได้ 1.5 เท่า และเวลาในการฟื้นตัวแบบย้อนกลับจะต้องได้รับการควบคุมภายใน 100 นาโนวินาที เพื่อให้มั่นใจถึงประสิทธิภาพการสลับ

(2) สถาปัตยกรรมซ้ำซ้อนและการขยายฟังก์ชันไดโอดของอินเวอร์เตอร์ฟูลบริดจ์
อินเวอร์เตอร์แบบฟูลบริดจ์ใช้โครงสร้างไดโอดสี่สวิตช์สี่ตัว ซึ่งสามารถกลับขั้วแรงดันไฟฟ้าเอาท์พุตได้โดยการสลับการนำสวิตช์สองคู่ เอกลักษณ์ของมันสะท้อนให้เห็นใน:

การควบคุมแบบไบโพลาร์: ด้วยการนำ T1-T4 ร่วมกัน จึงสามารถรับแรงดันไฟฟ้าที่แกว่งได้ที่ ± Vdc ที่ปลายโหลด ไดโอด D1-D4 ไม่เพียงแต่ทำหน้าที่หมุนอิสระเท่านั้น แต่ยังสร้างช่องสัญญาณป้อนกลับพลังงานด้วย
การป้องกันข้อผิดพลาด: เมื่อ T1 และ T4 ถูกนำทางผิดทั้งคู่ D2-D3 จะสร้างเส้นทางป้องกันการลัดวงจรเพื่อป้องกันการลัดวงจรของบัส DC
การทดสอบเปรียบเทียบแสดงให้เห็นว่าแรงดันย้อนกลับสูงสุดที่เกิดจากไดโอดในโครงสร้างบริดจ์แบบเต็มลดลง 50% เมื่อเทียบกับโครงสร้างฮาล์ฟบริดจ์ แต่จำเป็นต้องจัดการกระแสชั่วคราวที่สูงกว่า (สูงถึงสองเท่าของกระแสโหลด)

2 การตอบสนองแบบไดนามิกของไดโอดในกลไกการจัดการพลังงาน
(1) การควบคุมการไหลของพลังงานในทิศทางเดียวของอินเวอร์เตอร์ฮาล์ฟบริดจ์
ในโทโพโลยีฮาล์ฟบริดจ์ ไดโอดจะสร้างเครือข่ายการถ่ายโอนพลังงานในทิศทางเดียว ยกตัวอย่างการประยุกต์ใช้อินเวอร์เตอร์ขนาดเล็กจากเซลล์แสงอาทิตย์ เมื่อกำลังโหลดน้อยกว่ากำลังไฟฟ้าเข้า การจัดเก็บพลังงานแบบเหนี่ยวนำจะถูกป้อนกลับไปยังบัส DC ผ่าน D2 และไดโอดจะต้องเป็นไปตามข้อกำหนดต่อไปนี้:

แรงดันบวกลดลงน้อยกว่าหรือเท่ากับ 0.5V (ลดการสูญเสียการนำ);
ค่าการกู้คืนย้อนกลับ Qrr น้อยกว่าหรือเท่ากับ 100nC (ลดการสูญเสียสวิตช์)
จากข้อมูลการทดสอบจากผู้ผลิตบางราย การใช้ไดโอดฟื้นตัวเร็ว (เช่น STTH3R06) สามารถเพิ่มประสิทธิภาพของระบบได้ 2.3% และลดอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นได้ 15 องศา

(2) การควบคุมพลังงานแบบสองทิศทางของอินเวอร์เตอร์แบบเต็มบริดจ์
โครงสร้างบริดจ์แบบเต็มทำให้มีการจัดการพลังงานที่ซับซ้อนมากขึ้นผ่านเครือข่ายไดโอด:

แคลมป์แบบแอคทีฟ: ในอินเวอร์เตอร์คู่หม้อแปลง D1-D4 สามารถสร้างวงจรแคลมป์เพื่อจำกัดแรงดันไฟฟ้าของท่อสวิตช์ให้อยู่ในช่วงที่ปลอดภัย
การใช้งานสวิตช์แบบนุ่มนวล: เมื่อใช้ร่วมกับตัวเหนี่ยวนำเรโซแนนซ์ ไดโอดจะสามารถสร้างสภาวะการสลับแรงดันไฟฟ้าเป็นศูนย์ได้ หลังจากนำเทคโนโลยีนี้มาใช้ การสูญเสียการสวิตชิ่งของอินเวอร์เตอร์ฟูลบริดจ์ขนาด 4kW ลดลง 65%
เป็นที่น่าสังเกตว่าในอินเวอร์เตอร์ฟูลบริดจ์แบบสามเฟส- ไดโอดยังจำเป็นต้องทำหน้าที่ของสมดุลพลังงานแบบเฟสต่อเฟสด้วย เมื่อกระแสไฟฟ้าของเฟสหนึ่งนำไปสู่ ​​ไดโอดของแขนบริดจ์ที่เกี่ยวข้องสามารถนำทางพลังงานส่วนเกินให้ไหลไปยังเฟสอื่น ทำให้เกิดการกระจายพลังงานแบบไดนามิก

3 ข้อกำหนดที่แตกต่างของกลยุทธ์การควบคุมสำหรับลักษณะไดโอด
(1) การควบคุมอย่างง่ายและการจับคู่พารามิเตอร์ไดโอดของอินเวอร์เตอร์ฮาล์ฟบริดจ์
โครงสร้างฮาล์ฟบริดจ์มักจะใช้การควบคุม SPWM แบบไบโพลาร์หรือแบบยูนิโพลาร์ และข้อกำหนดสำหรับไดโอดจะเน้นไปที่ลักษณะคงที่:

เวลาการกู้คืนย้อนกลับ trr น้อยกว่าหรือเท่ากับ 50ns (เหมาะสำหรับการสลับความถี่สูง-)
ความจุทางแยก Cj น้อยกว่าหรือเท่ากับ 100pF (ลดเสียงรบกวนของสวิตช์)
ตามข้อมูลการเลือกของโครงการอินเวอร์เตอร์ในรถยนต์บางโครงการ การใช้ไดโอดกู้คืนที่เร็วเป็นพิเศษ (เช่น MUR{0}}) สามารถลดการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI) ได้ 8dB

(2) การมอดูเลตที่ซับซ้อนและการปรับตัวแบบไดนามิกของไดโอดในอินเวอร์เตอร์ฟูลบริดจ์
โครงสร้างบริดจ์แบบเต็มรองรับเทคโนโลยีการมอดูเลตขั้นสูง เช่น การเพิ่มความถี่ SPWM เป็นสองเท่า ซึ่งกำหนดข้อกำหนดแบบไดนามิกที่สูงขึ้นสำหรับไดโอด

ความเสถียรของอุณหภูมิ: ภายในช่วง -40 องศา ~ 150 องศา อัตราการเปลี่ยนแปลงแรงดันตกไปข้างหน้าควรน้อยกว่าหรือเท่ากับ 5mV/ องศา ;
ความสามารถในการป้องกันหิมะถล่ม: ต้องทนต่อพลังงานหิมะถล่มได้อย่างน้อย 1.5 เท่าของกระแสไฟที่กำหนด
กรณีขับเคลื่อนมอเตอร์อุตสาหกรรมบางกรณีแสดงให้เห็นว่าการใช้ไดโอดซิลิคอนคาร์ไบด์ (เช่น C3D10060E) สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพของระบบเป็น 98.2% และลดระยะเวลาโซนตายจาก 500ns เหลือ 200ns

4 การเปรียบเทียบประสิทธิภาพในสถานการณ์การใช้งานทั่วไป
พารามิเตอร์ อินเวอร์เตอร์ฮาล์ฟบริดจ์ อินเวอร์เตอร์ฟูลบริดจ์
จำนวนไดโอด 2, 4
แรงดันไฟฟ้าความเค้น Vdc/2 Vdc
ความเครียดปัจจุบัน กระแสโหลด 1.5 เท่า กระแสโหลด 2 เท่า
ความซับซ้อนในการควบคุมต่ำ (SPWM แบบไบโพลาร์) และสูง (ความถี่สองเท่า SPWM)
ประสิทธิภาพโดยทั่วไป 92-95% 95-98%
ค่าสัมประสิทธิ์ต้นทุน 1.0 1.8