Wat zijn de voordelen van het gebruik van snelhersteldiodes in hoog-frequentieomvormers?

一, Technisch principe: logica op laag niveau voor omgekeerde hersteltijd en aanpassing aan hoge- frequenties
Het belangrijkste voordeel van snelhersteldiodes ligt in hun unieke fysieke structuur en procesontwerp. In tegenstelling tot traditionele PN-junctiediodes gebruikt FRD een PIN-junctiestructuur, die een dun basisgebied (I-laag) introduceert tussen siliciummaterialen van het P--type en N--type, waardoor de omgekeerde herstellading (Qrr) aanzienlijk wordt verminderd. De reverse recovery time (TRR) ligt doorgaans tussen tientallen nanoseconden en honderden nanoseconden, en het ultrasnelle hersteltype kan zelfs worden ingekort tot minder dan 10 nanoseconden. Deze functie maakt het mogelijk om snel te schakelen tussen geleidings- en afsnijstatussen in hoogfrequente schakelcircuits, waardoor spanningspieken en elektromagnetische interferentie (EMI) worden vermeden die worden veroorzaakt door traditionele diodes als gevolg van de lange omgekeerde hersteltijd.

In het Boost-boost-circuit van een hoog{0}}frequentieomvormer fungeert FRD bijvoorbeeld als een vrijloopdiode, die snel de tegenstroom kan onderbreken op het moment dat IGBT of MOSFET wordt uitgeschakeld, waardoor wordt voorkomen dat energie terugkoppelt naar de schakelbuis, waardoor schakelverliezen worden verminderd en de systeemefficiëntie wordt verbeterd. Uit experimentele gegevens blijkt dat het Boost-circuit dat FRD gebruikt een efficiëntieverbetering van 3% -5% heeft in vergelijking met gewone diodes. Bij een windomvormer van 100 kW kan de jaarlijkse energiebesparing oplopen tot tienduizenden kWh.

2, Prestatievoordeel: dubbele garantie voor efficiëntie en betrouwbaarheid voor hoogfrequente omvormers
1. Lage schakelverliezen om de conversie-efficiëntie te verbeteren
Hoogfrequente omvormers bereiken DC-naar-AC-conversie via PWM-technologie (Pulse Wide Modulation), met een schakelfrequentie die doorgaans boven de 20 kHz ligt. In dit scenario wordt het omgekeerde herstelverlies van de diode een sleutelfactor die de efficiëntie beperkt. De lage TRR-karakteristiek van FRD kan het energieverlies tijdens het schakelproces aanzienlijk verminderen. Als we bijvoorbeeld een fotovoltaïsche omvormer van 500 kW nemen, steeg de systeemefficiëntie na vervanging van gewone diodes door FRD van 96,5% naar 98,2%. In het scenario van een jaarlijkse stroomopwekking van 1 miljoen kWh kan het jaarlijkse energieverlies met ongeveer 17.000 kWh worden verminderd.

2. Hoge spanningsweerstand en lage voorwaartse drukval, waardoor het thermisch beheer wordt geoptimaliseerd
De omgekeerde weerstandsspanning (VRRM) van FRD kan enkele duizenden volt bereiken en is geschikt voor DC-busscenario's met hoge -spanning (zoals fotovoltaïsche systemen van 1500 V). Ondertussen ligt de voorwaartse spanningsval (VF) gewoonlijk tussen 0,4V-0,6V, wat 30% -50% lager is dan die van gewone diodes. De lage VF-karakteristiek vermindert geleidingsverlies, verlaagt de warmteontwikkeling en vereenvoudigt het ontwerp van de warmteafvoer. In systemen voor de opwekking van windenergie op zee vermindert de toepassing van FRD bijvoorbeeld het volume van de koelmodules van de inverter met 40%, vermindert het systeemgewicht met 15% en verbetert het aanpassingsvermogen van de apparatuur aan de omgeving aanzienlijk.

3. Anti-elektromagnetische interferentie, waardoor de stabiliteit van het systeem wordt gegarandeerd
De snelle stroomveranderingen die worden gegenereerd door hoog{0}}schakelaars kunnen gemakkelijk EMI-problemen veroorzaken, waardoor de nauwkeurigheid van de besturingssignalen van de omvormer wordt beïnvloed. De snelle herstelkarakteristiek van FRD kan plotselinge veranderingen in de omgekeerde herstelstroom onderdrukken, spanningspieken verminderen en dus EMI-ruis verminderen. Experimenten hebben aangetoond dat FRD bij een schakelfrequentie van 100 kHz de EMI-intensiteit aan de uitgang van de omvormer met meer dan 10 dB kan verminderen, waardoor wordt voldaan aan de vereisten van de IEC 61000-4-6-norm en een verkeerde werking van het systeem als gevolg van interferentie wordt vermeden.

3, Toepassingsscenario: Volledige dekking van nieuwe energieopwekking tot industriële aandrijving
1. Systeem voor het opwekken van windenergie
FRD wordt veel gebruikt in koevoetbeschermingscircuits aan de rotorzijde in dubbel gevoede windturbines. Wanneer de netspanning daalt, geeft het Crowbar-circuit snel de rotorenergie via FRD af aan de bypass-weerstand om overstroomschade aan de omvormer te voorkomen. Een offshore-eenheid van 10 MW maakt bijvoorbeeld gebruik van IGBT-type Crowbar in combinatie met FRD, die de energievrijgave binnen 10 ms kan voltooien wanneer de spanning daalt tot 20%, waardoor het systeem binnen 0,2 seconden de werking op het elektriciteitsnet hervat.

2. Fotovoltaïsche omvormer
In fotovoltaïsche stringomvormers fungeert FRD als uitgangsgelijkrichterelement om hoogfrequente wisselstroom om te zetten in gelijkmatige gelijkstroom. De snelle herstelfunctie kan de maximale Power Point Tracking (MPPT)-nauwkeurigheid van de omvormer verbeteren, vooral in lokale occlusiescenario's, waardoor verliezen op het gebied van energieopwekking kunnen worden verminderd. Een bepaald experimenteel project maakt bijvoorbeeld gebruik van intelligente reconstructietechnologie in combinatie met FRD om de energieopwekking met 12,4% te verhogen en de algehele efficiëntie van het systeem met 8% onder belemmerde omstandigheden.

3. Industriële motoraandrijving
In frequentieomvormers wordt FRD gebruikt voor gelijkrichting en inversie om een ​​nauwkeurige regeling van het motortoerental te bereiken. De lage voorwaartse spanningsval kan het energieverlies tijdens het -opstarten van de motor verminderen en de levensduur van de apparatuur verlengen. In het aandrijfsysteem van een staalfabriek vermindert het gebruik van een FRD-frequentieomvormer bijvoorbeeld de startstroom van de motor met 20% en worden de jaarlijkse onderhoudskosten met 30% verlaagd.

4, selectiesleutelpunten: parametermatching en betrouwbaarheidsverificatie
1. Selectie van belangrijke parameters
Omgekeerde hersteltijd (trr): Deze moet minder dan 1/10 van de schakelcyclus bedragen. Bij een schakelfrequentie van 100 kHz moet trr bijvoorbeeld kleiner dan of gelijk zijn aan 100 ns.
Voorwaartse stroom (IF): Afhankelijk van de belastingsstroom moet er een marge van 1,5-2 keer overblijven. Voor een belasting van 100 A is bijvoorbeeld een FRD nodig met een nominale stroom van 150 A-200 A.
Omgekeerde weerstandsspanning (VRRM): Deze moet 1,2 keer hoger zijn dan de DC-busspanning. Voor een 1500V-systeem is bijvoorbeeld het gebruik van FRD met een spanningsweerstand van 1800V of hoger vereist.
2. Testen van thermisch ontwerp en betrouwbaarheid
Thermische weerstand (R θ JA): Kies een pakket met lage thermische weerstand (zoals een koperen substraatpakket) met een thermische weerstand van minder dan of gelijk aan 0,5 K/W om een ​​verbindingstemperatuur van minder dan of gelijk aan 175 graden te garanderen.
Levensduurtest: Het is vereist om de thermische runaway-test volgens de IEC 62979-norm te doorstaan, wat betekent dat de oppervlaktetemperatuur met minder dan of gelijk aan 15 graden stijgt wanneer de nominale stroom gedurende 1 uur wordt toegepast in een omgeving van 75 graden.
3. Verpakking en kostenoptimalisatie
Compacte verpakking: zoals TO-220FP, DO-201AD, enz., geschikt voor integratiescenario's met hoge dichtheid.
Kosten-batenanalyse: Hoewel het gebruik van FRD bij windturbines van 10 MW de kosten per eenheid met 5% verhoogt, kunnen de voordelen op de lange termijn- die voortvloeien uit de verbetering van de systeemefficiëntie, de initiële investering dekken.