Com funcionen els díodes en els sistemes de retroalimentació d'energia?

一, Característiques tècniques dels díodes: la base física de la retroalimentació energètica
Un díode és una estructura d'unió PN formada per un semiconductor de tipus P-i un semiconductor de tipus N-, i les seves característiques bàsiques inclouen:

Conductivitat unidireccional: condueix quan està polaritzat cap endavant (amb una tensió de conducció d'aproximadament 0,6-0,7 V per als transistors de silici i 0,2-0,5 V per als díodes Schottky) i s'apaga quan està polaritzat inversament (amb només un corrent de fuga inversa de nivell de microamperes present).
Capacitat de commutació ràpida: el temps de recuperació inversa dels díodes Schottky és proper a zero i el temps de recuperació inversa dels díodes de carbur de silici (SiC) es pot escurçar a menys de 10 nanosegons.
Característiques de resistència de tensió i corrent: els díodes de grau industrial poden suportar milers de volts i tenen capacitats de resistència de corrent transitòria que superen centenars d'amperes.
Aquestes característiques li permeten realitzar tres funcions bàsiques en els sistemes de retroalimentació d'energia:

Rectificació: el procés inicial de convertir el corrent altern en corrent continu per aconseguir una retroalimentació d'energia;
Corrent continu: en els circuits d'accionament del motor o inversor, proporciona un camí de corrent per a càrregues inductives per evitar pics de tensió;
Protecció: aïlleu la tensió inversa per evitar l'impacte en l'equip de potència durant el procés de retroalimentació d'energia.
2, Escenaris d'aplicació típics: des de vehicles d'energia nova fins a l'emmagatzematge d'energia industrial
1. Nou sistema de recuperació d'energia de frenada de vehicles d'energia
Durant el procés de frenada dels vehicles elèctrics, el motor del cub de les rodes canvia del mode de conducció al mode de generació, produint corrent altern trifàsic-. En aquest punt, el pont rectificador de díodes (normalment compost per 6 díodes) converteix l'energia CA en potència CC, que després és augmentada per un inversor i carregada a la bateria d'alimentació. La lògica de treball és la següent:

Energy management strategy: The brake controller dynamically adjusts the recovery intensity based on the battery SOC (remaining charge). When SOC>80%, cancel·lar la recuperació d'energia; Quan SOC<70%, full power recovery occurs.
Requisits de selecció de díodes: utilitzeu díodes Schottky o díodes SiC amb baixa caiguda de tensió directa per reduir les pèrdues de conducció. Per exemple, després d'utilitzar díodes SiC Schottky en un determinat model de cotxe, l'eficiència de recuperació de frenada va augmentar un 3% i l'autonomia va augmentar en 5 quilòmetres.
Disseny de gestió tèrmica: en condicions d'alta corrent, l'embalatge del díode hauria d'adoptar una estructura TO-247 o DFN8 × 8 de baixa resistència tèrmica, combinada amb un sistema de refrigeració líquida per garantir una temperatura de la unió inferior o igual a 150 graus.
2. Unitat de realimentació d'energia per a convertidors de freqüència industrials
Durant la fase de desacceleració d'equips com ara ascensors i grues, el motor es troba en estat de generació i l'energia elèctrica generada es retorna al condensador del bus de CC mitjançant un pont rectificador de díodes. Si hi ha un excés d'energia, la combinació IGBT i díode a l'IPM (Mòdul d'alimentació intel·ligent) s'utilitza per invertir l'energia de CC en energia de CA i retornar-la a la xarxa. Els seus aspectes tecnològics més destacats inclouen:

Rectificació eficient: utilitzant díodes de recuperació ràpida (FRD) o díodes de SiC, el temps de recuperació inversa s'escurça a 1/10 dels tubs de silici tradicionals i la pèrdua de commutació es redueix en un 70%.
Control de la sincronització de la xarxa: utilitzant la tecnologia de bucle bloquejat de fase-PLL, el corrent de retroalimentació i la tensió de la xarxa es sincronitzen en freqüència i fase, amb un factor de potència superior o igual a 0,99.
Mecanisme de protecció: el díode TVS (supressió de tensió transitòria) subjecta els pics de tensió per evitar danys als equips causats per llamps o sobretensió.
3. Convertidor bidireccional per a central d'emmagatzematge d'energia
En l'escenari d'afaitar els pics de la xarxa elèctrica, el sistema d'emmagatzematge d'energia aconsegueix la commutació de descàrrega de càrrega mitjançant convertidors DC/DC bidireccionals. El díode té un doble paper en aquest procés:

Mode de càrrega: com a component rectificador, converteix l'energia CA en potència CC i l'emmagatzema a la bateria;
Mode de descàrrega: com a díode de roda lliure, proporciona un camí de corrent per al circuit inversor per garantir una sortida d'energia suau.
Prenent com a exemple un sistema d'emmagatzematge d'energia de contenidors de 20 peus, el seu BMS (Battery Management System) utilitza 1600-1800 TVS i díodes Schottky per a l'equilibri de la bateria, la protecció contra sobretensió i la connexió anti-reversa. Després d'adoptar els díodes Trench Schottky, l'eficiència del sistema va augmentar un 0,4% i l'estalvi d'energia anual d'una sola caixa va superar els 1.000 kWh.