TRR: Ontwerp van diodes in omvormers

De functie van diodes in omvormers
Rectificatie-effect
De meest basale functie van diodes in omvormers is gelijkrichting, die wisselstroom omzet in gelijkstroom. Deze functie kan vereist zijn bij zowel de ingangs- als uitgangsaansluitingen van de omvormer. In sommige omvormerontwerpen moet bijvoorbeeld de ingangsgelijkstroom worden voorbewerkt en rimpel worden uitgefilterd via gelijkrichtercircuits om een ​​stabielere gelijkstroomvoeding te leveren.

Voortzetting en bescherming
De werkomgeving van omvormers is doorgaans zeer complex en plotselinge veranderingen in de belasting kunnen leiden tot sterke schommelingen in spanning of stroom. Een diode kan een vrijlooprol spelen en een omgekeerd stroompad bieden wanneer een inductieve belasting (zoals een elektromotor) wordt uitgeschakeld, waardoor spanningspieken in het circuit worden voorkomen die andere componenten beschadigen. Daarnaast kunnen diodes ook worden gebruikt als beschermende componenten om te voorkomen dat overspanning of omgekeerde stroom in het circuit de omvormer beschadigt.

Spanningsstabilisatie en filtering
Diodes spelen ook een belangrijke rol in de filter- en spanningsregelingscircuits van omvormers. Door diodes te combineren met condensatoren of inductoren kan hoogfrequente ruis in de voeding effectief worden uitgefilterd, kan de uitgangsspanning worden gestabiliseerd en kan de uitgangskwaliteit van de omvormer worden verbeterd.

Selectiecriteria voor diodes
Omgekeerde spanningsduurzaamheid (VR)
Omgekeerde weerstandsspanning is een belangrijke parameter bij het selecteren van een diode, die de maximale omgekeerde spanning bepaalt die de diode kan weerstaan. Bij het ontwerp van een omvormer is het noodzakelijk om ervoor te zorgen dat de omgekeerde weerstandsspanning van de diode hoger is dan de maximale spanning die in het systeem kan optreden om storingen te voorkomen.

Doorlaatstroom (IF) en stootstroom (IFSM)
De voorwaartse stroom van een diode bepaalt de maximale stroom die deze kan passeren onder normale bedrijfsomstandigheden, terwijl piekstroom de maximale stroom vertegenwoordigt die de diode kan weerstaan ​​in een korte periode. Bij het selecteren van een diode is het noodzakelijk om rekening te houden met de kenmerken van de belasting en mogelijke stroomschommelingen om ervoor te zorgen dat de diode stabiel kan werken zonder oververhitting of schade.

Hersteltijd (trr)
De hersteltijd is de tijd die een diode nodig heeft om over te gaan van een geleidende toestand naar een omgekeerde blokkerende toestand. Een kortere hersteltijd kan de efficiëntie van de omvormer verbeteren, met name bij hoogfrequente omvormers, waarbij de selectie van snel herstellende diodes bijzonder belangrijk is om schakelverliezen te verminderen.

Stroomverbruik en warmteafvoer
Tijdens de werking genereren diodes een bepaalde hoeveelheid stroomverbruik, met name in werkomgevingen met hoge stroomsterkte of hoge frequentie. Een redelijk warmteafvoerontwerp is cruciaal. Door diodes met een laag vermogen te kiezen en deze te combineren met geschikte koellichamen, kunt u de levensduur van de omvormer effectief verlengen.

Veelvoorkomende soorten diodes die in omvormers worden gebruikt
Schottky-diode
Schottky-diodes hebben de kenmerken van een lage voorwaartse spanningsval en een snelle hersteltijd, waardoor ze een ideale keuze zijn voor hoogfrequente omvormers. Het nadeel is dat de omgekeerde weerstandsspanning relatief laag is, dus ze worden meestal gebruikt in laagspanningstoepassingen.

Snelle hersteldiode
De kenmerken van snelle hersteldiodes zijn hun korte omgekeerde hersteltijd, waardoor ze geschikt zijn voor midden- tot hoge frequentieomvormertoepassingen. Ze hebben meestal een hoge omgekeerde weerstandsspanning en zijn geschikt voor gebruik bij hogere spanningen.

Ultrasnelle hersteldiode
Ultra fast recovery diode is een apparaat dat verder is geoptimaliseerd op basis van fast recovery diode, geschikt voor de veeleisende vereisten in hoogfrequente toepassingen. Dit type diode heeft een kortere hersteltijd, kan schakelverliezen aanzienlijk verminderen en de efficiëntie van de omvormer verbeteren.

Standaarddiode en gelijkrichterdiode
In sommige toepassingen met lage frequentie of lage efficiëntie worden standaarddiodes of gelijkrichterdiodes nog steeds veel gebruikt. Hoewel ze een langere hersteltijd hebben, hebben deze diodes nog steeds voordelen in sommige low-cost toepassingen.

Praktische casus van diodes in invertertoepassingen
Zonne-omvormer
In zonne-omvormers worden diodes voornamelijk gebruikt om te voorkomen dat de stroom van de fotovoltaïsche panelen 's nachts terugstroomt naar de omvormer, terwijl er isolatie wordt geboden tussen meerdere fotovoltaïsche strings. Schottky-diodes worden vaak gebruikt in dergelijke toepassingen omdat hun lage spanningsval het energieverlies zo veel mogelijk kan minimaliseren.

Omvormer voor elektrische voertuigen
Omvormer voor elektrische voertuigen vereist een hoge efficiëntie en betrouwbaarheid. Daarom worden er vaak snelherstel- of ultrasnelhersteldiodes gebruikt om de efficiëntie van het systeem te verbeteren en de stabiliteit in omgevingen met hoge temperaturen te waarborgen.

Ononderbroken stroomvoorziening (UPS)
De betrouwbaarheid van diodes is cruciaal in UPS-systemen. Gelijkrichters en snelhersteldiodes worden vaak gebruikt in dergelijke systemen om een ​​snelle respons en stabiele stroomvoorziening te garanderen tijdens het schakelen van de stroom.

Toekomstperspectieven
Met de ontwikkeling van nieuwe energie- en smart grids neemt de vraag naar omvormers voortdurend toe en wordt het ontwerp van diodes ook voortdurend verbeterd. In de toekomst zullen de efficiëntie en betrouwbaarheid van omvormers verder worden verbeterd met de ontwikkeling van nieuwe materiaaltechnologieën zoals siliciumcarbide (SiC) en galliumnitride (GaN) diodes. Ondertussen zullen de toepassingsscenario's van diodes in omvormers uitgebreider worden met de ontwikkeling van vermogenselektronicatechnologie en zullen er steeds nieuwe ontwerpoplossingen ontstaan.

https://www.trrsemicon.com/diode/1-0a-fast-recov-ery-rectifier-1f2.html