כיצד פועלות דיודות במערכות משוב אנרגיה?

一, מאפיינים טכניים של דיודות: הבסיס הפיזי למשוב אנרגיה
דיודה היא מבנה צומת PN שנוצר על ידי מוליך למחצה מסוג P- ומוליך למחצה מסוג N-, ומאפייני הליבה שלו כוללים:

מוליכות חד-כיוונית: מוליך כאשר מוטה קדימה (עם מתח הולכה של כ-0.6-0.7V עבור טרנזיסטורי סיליקון ו-0.2-0.5V עבור דיודות שוטקי), ונכבה כאשר מוטה לאחור (עם זרם דליפה הפוך בלבד ברמת מיקרואמפר).
יכולת מיתוג מהיר: זמן ההתאוששות ההפוכה של דיודות שוטקי קרוב לאפס, וזמן ההתאוששות ההפוכה של דיודות סיליקון קרביד (SiC) יכול להתקצר לפחות מ-10 ננו-שניות.
מאפייני התנגדות מתח וזרם: דיודות תעשייתיות יכולות לעמוד באלפי וולט ובעלות יכולות התנגדות זרם חולף העולה על מאות אמפר.
מאפיינים אלה מאפשרים לו לבצע שלוש פונקציות ליבה במערכות משוב אנרגיה:

תיקון: התהליך הראשוני של המרת זרם חילופין לזרם ישר כדי להשיג משוב אנרגיה;
זרם רציף: במעגלי כונן מנוע או מהפך, הוא מספק נתיב זרם לעומסים אינדוקטיביים כדי למנוע עליות מתח;
הגנה: בידוד מתח הפוך כדי למנוע השפעה על ציוד בצד הכוח במהלך תהליך משוב אנרגיה.
2, תרחישי יישום אופייניים: מרכבי אנרגיה חדשים ועד לאגירת אנרגיה תעשייתית
1. מערכת שחזור אנרגיית בלימת רכב אנרגיה חדשה
במהלך תהליך הבלימה של כלי רכב חשמליים, מנוע רכזת הגלגל עובר ממצב נהיגה למצב ייצור, ומייצר זרם חילופין תלת-פאזי. בשלב זה, גשר מיישר הדיודות (בדרך כלל מורכב מ-6 דיודות) ממיר מתח AC למתח DC, אשר לאחר מכן מוגבר על ידי מהפך ונטען לתוך סוללת החשמל. היגיון העבודה הוא כדלקמן:

Energy management strategy: The brake controller dynamically adjusts the recovery intensity based on the battery SOC (remaining charge). When SOC>80%, בטל שחזור אנרגיה; כאשר SOC<70%, full power recovery occurs.
דרישות בחירת דיודות: השתמש בדיודות Schottky או בדיודות SiC עם ירידת מתח נמוכה קדימה כדי להפחית את הפסדי ההולכה. לדוגמה, לאחר שימוש בדיודות SiC Schottky בדגם רכב מסוים, יעילות התאוששות הבלימה עלתה ב-3% והטווח גדל ב-5 קילומטרים.
תכנון ניהול תרמי: בתנאי זרם גבוהים, אריזת הדיודה צריכה לאמץ מבנה התנגדות תרמית נמוכה TO-247 או DFN8 × 8, בשילוב עם מערכת קירור נוזלי כדי להבטיח טמפרטורת צומת של פחות או שווה ל-150 מעלות.
2. יחידת משוב אנרגיה לממירי תדרים תעשייתיים
במהלך שלב ההאטה של ​​ציוד כגון מעליות ומנופים, המנוע נמצא במצב ייצור, והאנרגיה החשמלית המופקת מוזנת בחזרה אל קבל האוטובוס DC דרך גשר מיישר דיודה. אם יש עודף אנרגיה, השילוב של IGBT ודיודה במודול IPM (Intelligent Power Module) משמש להפיכת מתח DC למתח AC ולהזנתו בחזרה לרשת. נקודות השיא הטכנולוגיות שלה כוללות:

תיקון יעיל: באמצעות דיודות התאוששות מהירה (FRD) או דיודות SiC, זמן ההתאוששות ההפוכה מתקצר ל-1/10 מצינורות הסיליקון המסורתיים, ואובדן המיתוג מצטמצם ב-70%.
בקרת סנכרון רשת: על ידי שימוש בטכנולוגיית לולאה נעולה (PLL), זרם המשוב ומתח הרשת מסונכרנים בתדר ובפאזה, עם מקדם הספק גדול מ-0.99 או שווה לו.
מנגנון הגנה: דיודת TVS (דיודת מתח חולף) מהדקת קוצים מתח כדי למנוע נזק לציוד שנגרם ממכת ברק או מתח יתר.
3. ממיר דו כיווני לתחנת כוח לאגירת אנרגיה
בתרחיש של גילוח שיא של רשת החשמל, מערכת אחסון האנרגיה משיגה מיתוג פריקת טעינה באמצעות ממירי DC/DC דו-כיווניים. הדיודה ממלאת תפקיד כפול בתהליך זה:

מצב טעינה: כרכיב מיישר, הוא ממיר מתח AC למתח DC ומאחסן אותו בסוללה;
מצב פריקה: כדיודה עם גלגלים חופשיים, היא מספקת נתיב זרם למעגל המהפך כדי להבטיח תפוקת אנרגיה חלקה.
אם ניקח לדוגמא מערכת אחסון אנרגיה של מיכל 20 רגל, ה-BMS (מערכת ניהול הסוללות) שלה משתמשת ב-1600-1800 דיודות TVS ו- Schottky לאיזון סוללה, הגנת מתח יתר וחיבור נגד הפוך. לאחר אימוץ דיודות Trench Schottky, יעילות המערכת עלתה ב-0.4%, והחיסכון השנתי בחשמל של קופסה בודדת עלה על 1000 קוט"ש.