Com seleccionar els díodes adequats per a sistemes d'energia d'alta tensió{0}?

一, Classificació tècnica i característiques bàsiques dels díodes d'alta tensió-
1. Classifica per material i estructura
Díode d'alt -tensió basat en silici: l'opció principal, amb una tensió de suport de diversos milers de volts i un llarg temps de recuperació inversa (nivell de microsegons), adequat per a la rectificació de la freqüència d'alimentació.
Díode d'alta tensió de carbur de silici (SiC): amb una tensió resistent que supera els 3300 V, el temps de recuperació inversa s'escurça a nanosegons i un excel·lent rendiment d'alta-temperatura (la temperatura de la unió pot arribar als 200 graus), adequat per a escenaris de commutació d'alta-freqüència.
Díode passivat de vidre (GPP): en disparar una capa de vidre a la superfície de la unió PN, es millora l'estabilitat de tensió i la resistència a la humitat, amb una resistència de tensió típica de 600V-1200V.
2. Classifica per funció
Díode rectificador: converteix AC a DC, amb paràmetres bàsics de corrent rectificat màxim (IF) i temps de recuperació inversa (Trr).
Díode de recuperació ràpida (FRD): Trr Menor o igual a 50 ns, adequat per a escenaris d'alta-freqüència, com ara la commutació de fonts d'alimentació i inversors.
Díode Schottky (SBD): reducció de tensió directa (0,3-0,5 V), sense temps de recuperació inversa, però tensió de resistència limitada (generalment inferior o igual a 200 V), que requereix connexió en sèrie per augmentar la tensió de resistència.
Díode de supressió de tensió transitòria (TVS): temps de resposta inferior o igual a 1ns, tensió de subjecció precisa, utilitzat per a la protecció contra llamps i protecció contra sobretensions.
2, sis paràmetres bàsics per seleccionar díodes d'alta tensió-
1. Resistència de tensió (VRRM/VBR)
Definició: la tensió màxima repetitiva inversa (VRRM) ha de ser 1,5-2 vegades superior a la tensió màxima del sistema per evitar avaria causada per fluctuacions de tensió.
Principi de selecció:
Cara de CC de l'inversor fotovoltaic: un sistema de 1500 V requereix un díode de 1700 V (com la sèrie Taike Tianrun G3S170).
Sistema de tracció de trànsit ferroviari: el sistema de 3300V requereix un díode SiC de 3300V (com la sèrie Taike Tianrun G3S330).
2. Capacitat de flux (IF/IFSM)
Definició: el corrent rectificat mitjà (IF) ha de ser 1,5 vegades superior al corrent mitjà del sistema; El corrent de sobretensió màxima (IFSM) ha de suportar l'impacte instantani durant l'arrencada o el curtcircuit.
Principi de selecció:
Accionament de motor industrial: trieu IF Major o igual a 2 vegades el corrent nominal, IFSM Major o igual a 10 vegades el corrent nominal.
Inversor fotovoltaic: seleccioneu IF Major o igual a 1,5 vegades el corrent de sortida màxim, IFSM Major o igual a 20 kA (forma d'ona de 8/20 μ s).
3. Velocitat de canvi (Trr/Ton/Off)
Definició: el temps de recuperació inversa (Trr) determina la pèrdua de commutació en escenaris d'alta-freqüència; El temps Ton/Off afecta la velocitat de resposta del sistema.
Principi de selecció:
Switching power supply (>10 kHz): seleccioneu díodes de recuperació ràpida amb Trr inferior o igual a 50 ns (com ara ASEMI MUR1660AC, Trr=35ns).
Inversor de carbur de silici: seleccioneu díodes SiC amb Trr inferior o igual a 10 ns (com ara la sèrie Taike Tianrun G3S170, Trr=8ns).
4. Caiguda de tensió positiva (VF)
Definició: en conduir, la tensió als dos extrems afecta directament l'eficiència del sistema.
Principi de selecció:
Escenaris de baixa tensió i alt corrent (com ara sistemes de 48 V CC): s'ha de donar prioritat a la selecció de díodes Schottky amb VF inferior o igual a 0,5 V.
Escenaris d'alta tensió (com per sobre de 1000 V): escolliu díodes SiC amb VF inferior o igual a 2,5 V, que poden millorar l'eficiència en un 3-5% en comparació amb els díodes de silici.
5. Rendiment tèrmic (TjM/Rth)
Definició: la temperatura màxima de la unió (TjM) ha de ser inferior al valor límit del dispositiu (150 graus per a tubs de silici, 200 graus per a tubs de SiC); La resistència tèrmica (Rth) determina l'eficiència de dissipació de calor.
Principi de selecció:
Mòdul de potència d'alta densitat: seleccioneu dispositius empaquetats TO-247 amb Rth inferior o igual a 0,5 graus /W.
Aplicació d'entorn tancat: seleccioneu dispositius amb TjM superior o igual a 175 graus i reserveu espai de reducció.
6. Certificació de fiabilitat
Criteris clau:
Certificació de seguretat: UL (Amèrica del Nord), TUV (Alemanya), CQC (Xina).
Prova de tota la vida: provada durant 1000 hores utilitzant HTRB (Bias inversa d'alta temperatura).
Fiabilitat de l'embalatge: eviteu utilitzar un endoll axial-a l'embalatge i prioritzeu la selecció d'envasos SMT (com ara DFN8 × 8).
3, procés de selecció de díodes d'alta tensió i anàlisi de casos
1. Procés de selecció
Anàlisi de requisits: aclarir els paràmetres del sistema com ara la tensió, el corrent, la freqüència i la temperatura ambient.
Classificació del dispositiu: seleccioneu rectificador, recuperació ràpida, TVS i altres tipus segons els requisits funcionals.
Concordança de paràmetres: pantalla els dispositius candidats en funció dels paràmetres bàsics (resistència de tensió, flux de corrent, velocitat).
Disseny de reducció: reducció de la tensió en 1,5-2 vegades, reducció de corrent en 1,2-1,5 vegades.
Verificació de la fiabilitat: comproveu la robustesa del dispositiu mitjançant HALT (High Acceleration Life Test).
2. Casos d'aplicació típics
Cas 1: protecció lateral de CC de l'inversor fotovoltaic
Requisit: es requereix un sistema de 1500 V per suportar un corrent de sobretensió de 20 kA amb una eficiència superior o igual al 98%.
Pla de selecció:
Rectificador principal: díode Taike Tianrun 1700V/50A SiC (G3S750P), VF=1.7V, Trr=8ns.
Protecció contra sobretensions: díode Toshiba HN1D05FE TVS (VR=400V, IPP=20kA).
Efecte: eficiència del sistema millorada en un 2%, temps de resposta de protecció contra sobretensions inferior o igual a 1ns.
Cas 2: Convertidor de tracció de trànsit ferroviari
Requisit: sistema de 3300 V, freqüència de commutació 5 kHz, necessari per suportar un corrent de curt-de 100 kA.
Pla de selecció:
Mòdul de rectificació: díode SiC Taike Tianrun 3300V/50A (G3S33050P), IFSM=100kA.
Díode de recuperació ràpida: ASEMI MUR3060PT (600V/30A, Trr=35ns).
Efecte: el volum del sistema es redueix un 30% i les pèrdues de commutació es redueixen un 40%.
4, Tendències futures en la selecció de díodes d'alta tensió
1. Popularització de semiconductors de banda ampla
Els díodes de SiC tenen una tensió de suport superior a 3300 V i una caiguda de tensió directa reduïda a 1,5 V, el que els fa aptes per a sistemes de distribució de mitjana tensió per sobre de 10 kV.
Els díodes de nitrur de gal·li (GaN) han entrat al camp d'alta tensió{0}, amb el temps de recuperació inversa reduït a menys d'1 ns.
2. Eina de selecció intel·ligent
El proveïdor ofereix una plataforma de simulació en línia (com ara el selector Taike Tianrun SiC), que recomana automàticament combinacions de dispositius després d'introduir els paràmetres del sistema.
La tecnologia digital bessona s'utilitza per predir la vida útil i els modes de fallada dels dispositius en condicions de funcionament extremes.
3. Modularització i Integració
El díode i IGBT/MOSFET s'integren en un únic mòdul (com la sèrie Infineon EasyPACK), simplificant el disseny del sistema.
L'embalatge del paquet de premsa millora la resistència als cops i l'eficiència de dissipació de calor dels dispositius d'alta tensió{0}.