Quina és la funció de protecció dels díodes en els paquets de bateries paral·lels de les microxarxes?

一, Principi tècnic: Construcció d'una barrera protectora amb conductivitat unidireccional
La característica bàsica d'un díode és la seva conductivitat unidireccional - només permet que el corrent flueixi de l'ànode al càtode i presenta un estat de gran resistència quan s'inverteix. Aquesta característica es pot transformar en un mecanisme de protecció dual en paquets de bateries paral·lels de microxarxa:

1. Bloqueig de corrent invers: evita el retorn d'energia
Quan una branca d'una bateria paral·lela experimenta una caiguda de tensió a causa d'una fallada (com un curtcircuit de la bateria) o una il·luminació insuficient, el corrent d'altres branques normals pot tornar a fluir a la branca defectuosa a través d'un camí de baixa resistència, formant un "retorn d'energia". En aquest punt, els díodes connectats en paral·lel als dos extrems de la branca defectuosa es tallaran a causa de la polarització inversa, bloquejant el flux de corrent. Per exemple, en un sistema paral·lel de cèl·lules fotovoltaiques, si una determinada cèl·lula està bloquejada i la tensió de sortida disminueix, el díode de bypass connectat en paral·lel conduirà immediatament, curt-la branca defectuosa i evitarà que la cèl·lula normal subministra energia a la cel·la defectuosa a la inversa, evitant així el sobreescalfament local causat per l'efecte del punt calent.

2. Pinça de tensió: estabilitzar la tensió del sistema
La caiguda de tensió directa dels díodes (uns 0,6 V per als díodes de silici i uns 0,4 V per als díodes Schottky) es pot utilitzar com a punt de referència de tensió natural. En un paquet de bateries paral·leles, es pot construir un circuit de pinça de tensió graduada connectant diversos díodes en sèrie. Per exemple, un projecte de microxarxa utilitza tres díodes de silici en sèrie per formar una caiguda de tensió fixa d'1,8 V. Quan la tensió d'una branca determinada supera aquest valor, el díode condueix i descarrega l'excés de tensió a terra, protegint així la càrrega posterior de l'impacte de sobretensió.

2, Escenari d'aplicació: Cobrint els requisits de protecció del cicle de vida complet
La funció de protecció dels díodes passa per les etapes de planificació, operació i manteniment dels paquets de bateries paral·lels, amb escenaris d'aplicació específics que inclouen:

1. Protecció contra inversió de polaritat: evita errors d'instal·lació
Quan el paquet de bateries està connectat inicialment a la microxarxa, l'operador pot provocar, sense voler, que els pols positiu i negatiu s'inverteixin. En aquest punt, el díode (com ara 1N4007) connectat en sèrie a l'extrem d'entrada d'alimentació es tallarà a causa de la polarització inversa, bloquejant el flux de corrent i evitant danys a la bateria o als dispositius de fons causats pel corrent invers. Un projecte de generació d'energia distribuïda va utilitzar díodes Schottky (caiguda de tensió de 0,3 V) com a components de protecció inversa, que van interceptar amb èxit múltiples accidents de connexió inversa alhora que asseguraven pèrdues baixes.

2. Supressió de tensió transitòria: tractar el joc de càrrega inductiva
Quan els paquets de bateries paral·lels condueixen càrregues inductives com ara motors i relés, es generarà una força electromotriu inversa de centenars o fins i tot de milers de volts quan la càrrega s'apaga. En aquest punt, els díodes de roda lliure (com ara els díodes de recuperació ràpida) connectats en paral·lel als dos extrems de la càrrega conduiran ràpidament, proporcionant un camí de descàrrega per al corrent invers i evitant pics d'alta tensió-que trenquin el tub de l'interruptor o la bateria. Un determinat projecte d'estació de recàrrega de vehicles elèctrics utilitza díodes de SiC com a components de roda lliure, amb un temps de recuperació inversa de només 20 ns, suprimint eficaçment les pujades de tensió durant l'aturada del motor.

3. Mitigació del desajust de potència: optimització de l'eficiència en paral·lel
En un paquet de bateries paral·leles, si el rendiment d'una bateria de branca es deteriora (com ara la disminució de la capacitat o l'augment de la resistència interna), la seva tensió de sortida serà inferior a la d'altres branques, donant lloc a una distribució desigual del corrent. En aquest punt, el díode de bloqueig connectat en sèrie a l'entrada de la branca pot evitar que la branca de baixa tensió -es converteixi en un "forat negre d'energia". Per exemple, en un determinat projecte de microxarxa fotovoltaica, els díodes de bloqueig es connecten en sèrie abans de cada branca paral·lela. Quan la tensió d'una branca és inferior a la mitjana del sistema, el díode s'apaga per evitar que la branca normal subministri energia al revés a la branca defectuosa, reduint així la pèrdua d'energia del 75% a un 10%.

3, Estratègia d'optimització: equilibri rendiment i cost
Tot i que la funció de protecció del díode és important, encara cal optimitzar la seva caiguda de tensió, el consum d'energia i els problemes de compartició de corrent paral·lel. Les estratègies següents poden millorar l'eficàcia de la protecció:

1. Optimització de la selecció: Coincidència d'escenaris d'aplicació
Escenari de baixa tensió: utilitzeu díodes Schottky (caiguda de tensió 0,4 V) o díodes de carbur de silici (caiguda de tensió 0,2 V) per reduir el consum d'energia. Per exemple, en una bateria de 48 V, l'ús de díodes Schottky pot reduir la pèrdua de caiguda de tensió de 0,7 V a 0,4 V i augmentar l'eficiència en un 0,6%.
Escenari d'alta freqüència: utilitzeu díodes de recuperació ràpida (temps de recuperació inversa 20-200 ns) per evitar pèrdues de commutació. Després d'adoptar díodes de recuperació ràpida en un determinat projecte d'alimentació de commutació, la pèrdua de recuperació inversa es va reduir en un 40%.
Escenari d'alta corrent: utilitzant díodes de carbur de silici, les seves característiques de coeficient de temperatura positiu poden aconseguir la compartició de corrent natural. Després de la connexió en paral·lel de diversos díodes de carbur de silici en un projecte de transmissió de corrent continu d'alta tensió-, l'error de compartició actual va disminuir del 15% al ​​5%.
2. Innovació en topologia: Esquema de protecció composta
Díode TVS + díode ordinari: en escenaris de protecció contra llamps, els díodes de supressió de transitoris paral·lels (TVS) absorbeixen l'alta tensió transitòria i els díodes ordinaris en sèrie bloquegen el corrent invers continu. Després d'adoptar aquest esquema en un determinat projecte d'estació base de comunicacions, la taxa de danys per raigs va disminuir del 5% al ​​0,2%.
Mòdul de díodes intel·ligents: integra díodes i MOSFET per aconseguir una protecció dinàmica mitjançant senyals de control. Després d'adoptar mòduls de díodes intel·ligents en un determinat projecte de sistema d'emmagatzematge d'energia, el temps de resposta s'ha reduït de microsegons a nanosegons i l'eficiència de protecció s'ha millorat en un 90%.
3. Gestió tèrmica: evitar la fugida tèrmica
El consum d'energia del díode (P=IV) pot provocar un sobreescalfament local i s'ha d'optimitzar mitjançant un disseny de dissipació de calor. Per exemple, quan es connecten diversos díodes en paral·lel, s'utilitza un disseny comú de dissipador de calor per garantir l'equilibri de la temperatura. Un projecte de SAI del centre de dades va optimitzar el camí de dissipació de calor, reduint la temperatura de la unió del díode de 150 graus a 120 graus i allargant la seva vida útil tres vegades.