Com poden els equips energètics modulars reduir el consum d'energia mitjançant díodes?

一, Principi tècnic: la correlació entre les característiques del díode i la millora de l'eficiència energètica
L'avantatge bàsic de l'eficiència energètica dels díodes rau en les seves característiques de baixa caiguda de tensió directa (Vf) i de recuperació ràpida inversa (Trr). La caiguda de tensió directa dels díodes rectificadors de silici tradicionals sol ser de 0,6-0,7V, mentre que els díodes Schottky redueixen Vf a 0,1-0,4V a través d'estructures de contacte metàl·liques de semiconductors, i els díodes Schottky de carbur de silici (SiC) poden fins i tot reduir-lo per sota de 0,2 V. Prenent com a exemple el sistema de 48V/20A, si s'utilitza un díode Schottky amb Vf=0.4V, la pèrdua de conducció és de 8W; si s'utilitza un díode de silici amb Vf=0.7V, la pèrdua arriba als 14W i la diferència d'eficiència és significativa.

El temps de recuperació inversa (Trr) és un paràmetre clau en escenaris de commutació d'alta-freqüència. El Trr dels díodes rectificadors ordinaris pot arribar a centenars de nanosegons, donant lloc a un corrent de recuperació inversa durant el procés de commutació, provocant pèrdues addicionals i pics de tensió. El Trr dels díodes de recuperació ultraràpida (com ara UF4007) es pot comprimir fins a 35 ns, i els díodes de SiC poden aconseguir característiques de recuperació inversa gairebé zero, reduint les pèrdues de commutació en més d'un 70%.

2, Selecció del dispositiu: estratègia de concordança de paràmetres basada en l'escena
1. Control de capacitat de corrent i discreció
Els sistemes modulars han de fer front als escenaris de fallada d'un sol mòdul i els díodes paral·lels han de complir els requisits següents:

Redundància de corrent nominal: el corrent nominal d'un sol tub ha de ser superior o igual al corrent de càrrega màxima del sistema dividit per (nombre de connexions paral·leles x 0,8). Per exemple, al mòdul de càrrega de vehicles d'energia nova, es connecten quatre díodes SiC Schottky de 30 A en paral·lel, que poden suportar una sortida de corrent contínua de 120 A i reservar un marge de seguretat del 20%.
Consistència de la caiguda de tensió directa: la dispersió Vf dels díodes paral·lels hauria de ser inferior o igual al 5%. En un determinat cas d'inversor fotovoltaic, mitjançant el cribratge de dispositius amb una desviació Vf de ± 0,05 V, la desviació de distribució actual en tot el rang de temperatura es va reduir a<± 3%.
2. Característiques inverses i requisits de protecció
Marge de tensió de resistència inversa: el díode VRRM ha de ser superior o igual a 1,5 vegades la tensió màxima del sistema. En un sistema connectat a la xarxa fotovoltaica de 1500 V, cal seleccionar dispositius amb VRRM superior o igual a 2200 V.
Control de corrent de fuga inversa: en condicions d'alta temperatura, el corrent de fuga inversa dels díodes Schottky pot augmentar fins a desenes de mil·liamperes. Mitjançant l'ús de materials de banda ampla (com GaN) o estructures compostes (com l'optimització de la capa de barrera), el corrent de fuga a 125 graus es pot suprimir per sota d'1 μ A.
3, Disseny de topologia: optimització col·laborativa de redundància i eficiència
1. Arquitectura de compartició de corrent paral·lel
Esquema de compartició de corrent passiu: l'equilibri de corrent s'aconsegueix connectant resistències de compartició de corrent de baixa inductància de 0,1-0,5 Ω en sèrie. En un cas d'alimentació d'una determinada estació base de comunicació, s'adopta un disseny paral·lel de 4 tubs. Quan el tub principal falla, la branca de còpia de seguretat es pot fer càrrec en 10 μ s i el consum d'energia de la resistència compartida de corrent es controla dins de 0,5 W.
Esquema de compartició de corrent actiu: utilitzant xips de compartició de corrent actiu com LTC4370, l'assignació dinàmica s'aconsegueix ajustant la tensió de la porta. En un cas d'alimentació d'un centre de dades, un sistema paral·lel de 4 tubs va aconseguir un error de distribució del corrent de càrrega<± 2% through active control.
2. Disseny d'aïllament redundant
N+1 topologia redundant: el mòdul principal i el mòdul de còpia de seguretat estan aïllats per díodes. La font d'alimentació d'un determinat equip mèdic adopta un disseny de redundància 3+1 i el mòdul de còpia de seguretat està aïllat del circuit principal mitjançant díodes, amb un temps de commutació d'error inferior a 50 μ s.
Solució ideal de substitució de díodes: utilitzant controladors com LTC4412 per conduir MOSFET, aconseguint un aïllament de caiguda de tensió gairebé nul·la. En un cas d'alimentació del servidor, aquesta solució va reduir la caiguda de tensió de conducció de 0,45 V a 0,02 V, donant lloc a un augment del 12% de l'eficiència.
4, Pràctica d'enginyeria: efecte d'estalvi d'energia en escenaris típics
1. Sistema de càrrega de vehicles de nova energia
En un carregador de cotxe (OBC), els díodes Schottky realitzen funcions de rectificació i roda lliure. Mitjançant l'ús de díodes SiC Schottky amb Vf=0.2V, l'eficiència de càrrega d'un determinat model de vehicle s'ha millorat del 92% al 95% i el temps de càrrega única s'ha escurçat en 3-5 minuts (prenent com a exemple un carregador de 6,6 kW). Al mateix temps, el consum d'energia del sistema de refrigeració s'ha reduït un 30%.

2. Inversor fotovoltaic
En els inversors de cadena, els díodes s'utilitzen per a la convergència del costat de CC i la rectificació del costat de CA. En un determinat cas de sistema fotovoltaic de 100 kW, en substituir els díodes de silici per díodes de recuperació ultraràpida SiC, l'eficiència de conversió de l'inversor va augmentar del 98,2% al 98,8% i la generació d'energia anual va augmentar uns 480 kWh.

3. Font d'alimentació redundant per al centre de dades
En un sistema d'alimentació redundant de 48V/100A, s'adopta un esquema de compartició de corrent actiu amb 4 tubs paral·lels. Mitjançant l'optimització de la disposició de la PCB (longitud d'encaminament de pins<5mm) and heat dissipation design (heat sink area ≥ 200cm ²), the diode junction temperature was reduced from 130 ℃ to 105 ℃, and the system MTBF (mean time between failures) was doubled.