מהם היישומים הנפוצים של דיודות במערכות אחסון אנרגיה ביתיות?

1, הגנה נגד חיבור הפוך: בניית קו ההגנה הראשון לאבטחת המערכת
ממשק הטעינה של מערכת אחסון האנרגיה הביתית צריך להיות תואם לכניסות חשמל מרובות (כגון פאנלים פוטו-וולטאיים סולאריים, ערימות טעינת רשת). אם המשתמש יהפוך בטעות את הקוטביות של ספק הכוח, זה עלול לגרום לרכיבי ליבה כגון מערכת ניהול הסוללה (BMS) והמהפך להישרף. ערכת החיבור המסורתית נגד הפוך משתמשת בממסרים מכניים או בטרנזיסטורי MOS, אך יש לה חסרונות כמו מהירות תגובה איטית, עלות גבוהה ואמינות נמוכה. דיודות שוטקי, עם מפל המתח הקדמי (Vf) נמוך במיוחד של 0.2-0.5V ומהירות תגובה של ננו-שניות, הפכו לרכיב המועדף להגנה נגד הפוך.

אם ניקח כדוגמה מותג מסוים של מערכת אחסון אנרגיה מוערמת, מעגל הטעינה שלו משתמש בדיודה MBR1045CT Schottky (Vf=0.3V, IFSM=100A). בנתיב הטעינה של ערכת הסוללות של 5.12kWh, גם אם מתח הכניסה הפוך, הדיודה יכולה לנתק במהירות, ולהגביל את הזרם ההפוך למיקרואמפר. יחד עם זאת, מאפייני אובדן ההולכה הנמוכים שלו מביאים לאובדן יעילות של 0.6% בלבד במהלך טעינה רגילה של המערכת. בנוסף, כמה מערכות-מתקדמים מאמצות תוכנית מורכבת של "דיודה+שפופרת MOS" כדי להשיג{10}}המתנה בהספק נמוך תוך מניעת חיבור הפוך, ומיטוב נוסף של יעילות האנרגיה.

2, תיקון וייצוב מתח: השגת המרה יעילה של צורות אנרגיה
אחת מתפקידי הליבה של מערכת אחסון אנרגיה ביתית היא להמיר זרם חילופין (AC) לזרם ישר (DC) ולאחסן אותו בסוללה, ולהפוך את DC למתח AC עבור עומסים ביתיים במהלך פריקה. במהלך תהליך זה, דיודת המיישר ודיודת מווסת המתח פועלות יחד כדי להבטיח את היעילות והיציבות של המרת האנרגיה.

מעגל תיקון: בשלב הקלט של המהפך הפוטו-וולטאי, מעגל יישור הגל המלא משתמש בארבע דיודות מיישר 1N4007 (עמידות במתח 1000V, זרם נקוב 1A) כדי להמיר את פלט ה-DC הפועם מהפאנל הפוטו-וולטאי ל-DC חלק, מה שמספק קלט יציב למעגל ה-DC הבא-. נתונים ניסיוניים מראים שהמהפך המשתמש בסכימה זו יכול להשיג יעילות תיקון של 98.5% כאשר הוא פועל בעומס מלא, שהוא גבוה ב-1.2% ממעגלי מיישר גשר מסורתיים.
מעגל ווסת מתח: במודול ניטור המתח של BMS נוצר מעגל ווסת מתח פשוט על ידי חיבור דיודת זנר (כגון מסוג 2CW13, עם ערך ווסת מתח של 6V) בסדרה עם נגד מגביל זרם. כאשר מתח הסוללה משתנה עקב טעינת יתר או עליית טמפרטורה, דיודת הזנר מתקלקלת ומוליך במהירות, מהדקת את המתח בטווח בטוח ומגינה על מעגל הדגימה של ה-ADC במורד הזרם מפני פגיעת מתח גבוה. ניסוי מסוים מראה שתוכנית זו יכולה להפחית את שגיאת דגימת המתח של BMS מ-± 0.5% ל-± 0.1%, ולשפר משמעותית את הדיוק של הערכת SOC של הסוללה.
3, זרימה רציפה והתאוששות אנרגיה: אופטימיזציה של ניהול הספק של עומסים אינדוקטיביים
עומסים אינדוקטיביים (כגון סלילי ממסר, מנועים, שסתומי סולנואיד וכו') נוכחים באופן נרחב במערכות אחסון אנרגיה ביתיות, והכוח האלקטרו-מוטיבי האחורי שנוצר כאשר הם מנותקים עלול לפגוע ברכיבי המיתוג. הדיודה החופשית מספקת נתיב שחרור אנרגיה לעומסים אינדוקטיביים, מדכאת ביעילות את שיא הכוח האלקטרו-מוטיבי האחורי ומשיגה התאוששות אנרגיה.

אם ניקח לדוגמא את מעגל הנעת המנעול האלקטרומגנטי של מותג מסוים של מנעול דלת חכם, הוא משתמש בדיודה 1N5819WS Schottky (Vf=0.3V, Trr=10ns) המחוברת במקביל בשני הקצוות של המנעול האלקטרומגנטי. כאשר מנעול הדלת כבוי, הדיודה מספקת מעגל גלגל חופשי לזרם השיורי בסליל, מדכא את שיא הכוח האלקטרו-מוטיבי האחורי מ-120V עד מתחת ל-40V, ומגן על טרנזיסטור MOS המניע מפני התמוטטות. בנוסף, במעגל ה-BOOST של המהפך הפוטו-וולטאי, הדיודה החופשית (כגון MBR20100CT, Vf=0.25V) מספקת נתיב שחרור לאגירת האנרגיה האינדוקטיבית במהלך תקופת הכיבוי של צינור המיתוג, ומגדילה את יעילות המרת המעגל מ-92% ל-95%.

4, בקרה לוגית ובידוד אותות: שיפור רמת אינטליגנציה של המערכת
עם הפיתוח של מערכות אחסון אנרגיה ביתיות חכמות ומקושרות, תפקידן של דיודות בבקרה לוגית ובידוד האות הולך ונהיה בולט יותר.

בקרה לוגית: במעגל הבקרה המאוזן של BMS, דיודות יכולות לבנות היגיון פשוט של "ושער". לדוגמה, כאשר המתח של מספר תאי סוללה גבוה מהסף שנקבע, הדיודה המתאימה מוליכה, ומפעילה את התחלת מעגל האיזון כדי למנוע את הסיכון של טעינת יתר. על פי נתונים ניסיוניים, זמן התגובה של מעגל ההשוואה באמצעות לוגיקה של דיודה מצטמצם ב-80% בהשוואה לתכנית בקרת MCU, ולא נדרש תכנות תוכנה, מה שמשפר משמעותית את האמינות.
בידוד אותות: בממשק התקשורת של מערכת אחסון האנרגיה (כגון CAN bus, RS485), דיודות יכולות להשיג בידוד בין אותות דיגיטליים לאותות אנלוגיים. לדוגמה, במעגל התקשורת RS485 של מהפך פוטו-וולטאי, דיודת מיתוג 1N4148 (Trr=4ns) מבודדת את המסופים החיוביים והשליליים של האות הדיפרנציאלי כדי למנוע הפרעות רעש במצב משותף, ומפחיתה את שיעור שגיאות התקשורת מ-10 ⁻ ³ ל-10 המנטרת את הפלטפורמה והענן ניתנת להחלפה בין המערכת לנתונים.