Enerji geri besleme sistemlerinde diyotlar nasıl çalışır?

一, Diyotların teknik özellikleri: enerji geri beslemesinin fiziksel temeli
Diyot, P- tipi bir yarı iletken ve N- tipi bir yarı iletkenden oluşan bir PN bağlantı yapısıdır ve temel özellikleri şunları içerir:

Tek yönlü iletkenlik: İleriye doğru yönlendirildiğinde iletir (silikon transistörler için yaklaşık 0,6-0,7V ve Schottky diyotlar için 0,2-0,5V iletim voltajıyla) ve ters yönde yönlendirildiğinde kapanır (yalnızca mikroamper düzeyinde ters kaçak akım mevcutken).
Hızlı anahtarlama yeteneği: Schottky diyotların ters toparlanma süresi sıfıra yakındır ve silikon karbür (SiC) diyotların ters toparlanma süresi 10 nanosaniyeden daha kısa bir süreye kısaltılabilir.
Gerilim ve akım direnci özellikleri: Endüstriyel sınıf diyotlar binlerce volta dayanabilir ve yüzlerce amperi aşan geçici akım direnci özelliklerine sahiptir.
Bu özellikler, enerji geri besleme sistemlerinde üç temel işlevi yerine getirmesini sağlar:

Düzeltme: Enerji geri beslemesini sağlamak için alternatif akımı doğru akıma dönüştürmenin ilk süreci;
Sürekli akım: Motor sürücü veya invertör devrelerinde voltaj yükselmelerini önlemek amacıyla endüktif yükler için bir akım yolu sağlar;
Koruma: Enerji geri besleme işlemi sırasında güç tarafındaki ekipmanın etkilenmesini önlemek için ters voltajı yalıtın.
2, Tipik uygulama senaryoları: yeni enerji araçlarından endüstriyel enerji depolamaya kadar
1. Yeni enerjili araç frenleme enerjisi geri kazanım sistemi
Elektrikli araçların frenleme işlemi sırasında, tekerlek göbeği motoru sürüş modundan üretim moduna geçerek üç-fazlı alternatif akım üretir. Bu noktada, diyot doğrultucu köprüsü (genellikle 6 diyottan oluşur) AC gücünü DC gücüne dönüştürür, bu daha sonra bir invertör tarafından güçlendirilir ve güç piline şarj edilir. Çalışma mantığı şu şekilde:

Energy management strategy: The brake controller dynamically adjusts the recovery intensity based on the battery SOC (remaining charge). When SOC>%80, enerji geri kazanımını iptal edin; SOC ne zaman<70%, full power recovery occurs.
Diyot seçimi gereksinimleri: İletim kayıplarını azaltmak için düşük ileri voltaj düşüşüne sahip Schottky diyotları veya SiC diyotları kullanın. Örneğin belirli bir araba modelinde SiC Schottky diyotları kullanıldıktan sonra frenleme verimi %3 arttı ve menzil 5 kilometre arttı.
Termal yönetim tasarımı: Yüksek akım koşulları altında, diyot ambalajı, 150 dereceye eşit veya daha düşük bir bağlantı sıcaklığı sağlamak için bir sıvı soğutma sistemi ile birlikte düşük termal dirençli TO-247 veya DFN8 × 8 yapısını benimsemelidir.
2. Endüstriyel frekans dönüştürücüler için enerji geri besleme ünitesi
Asansör ve vinç gibi ekipmanların yavaşlama aşamasında motor üretim durumundadır ve üretilen elektrik enerjisi, bir diyot doğrultucu köprü aracılığıyla DC bara kapasitörüne geri beslenir. Aşırı enerji varsa, IPM'deki (Akıllı Güç Modülü) IGBT ve diyot kombinasyonu, DC gücünü AC gücüne dönüştürmek ve şebekeye geri beslemek için kullanılır. Teknolojik özellikleri arasında şunlar yer alıyor:

Verimli düzeltme: Hızlı kurtarma diyotları (FRD) veya SiC diyotlar kullanılarak, ters toparlanma süresi geleneksel silikon tüplerin 1/10'una kadar kısaltılır ve anahtarlama kaybı %70 oranında azaltılır.
Şebeke senkronizasyon kontrolü: Faz-kilitli döngü (PLL) teknolojisi kullanılarak, geri besleme akımı ve şebeke voltajı, 0,99'dan büyük veya ona eşit bir güç faktörü ile frekans ve faz açısından senkronize edilir.
Koruma mekanizması: TVS (geçici voltaj bastırma) diyot, yıldırım çarpması veya aşırı voltajın neden olduğu ekipmanın hasar görmesini önlemek için voltaj yükselmelerini keser.
3. Enerji depolama santrali için çift yönlü dönüştürücü
Güç şebekesi tepe noktasının tıraşlanması senaryosunda, enerji depolama sistemi, çift yönlü DC/DC dönüştürücüler aracılığıyla şarj deşarj anahtarlamasını gerçekleştirir. Diyot bu süreçte ikili bir rol oynar:

Şarj modu: Bir doğrultucu bileşeni olarak AC gücünü DC gücüne dönüştürür ve pilde saklar;
Deşarj modu: Serbest dönen bir diyot olarak, düzgün enerji çıkışı sağlamak için invertör devresine bir akım yolu sağlar.
Örnek olarak 20 ft'lik bir konteyner enerji depolama sistemini ele alan BMS (Pil Yönetim Sistemi), pil dengeleme, aşırı gerilim koruması ve ters bağlantı önleme için 1600-1800 TVS ve Schottky diyotları kullanır. Trench Schottky diyotlarının benimsenmesinden sonra sistem verimliliği %0,4 arttı ve tek bir kutunun yıllık güç tasarrufu 1000 kWh'yi aştı.