Điốt hoạt động như thế nào trong hệ thống phản hồi năng lượng?

一, Đặc tính kỹ thuật của điốt: cơ sở vật lý cho phản hồi năng lượng
Điốt là cấu trúc tiếp giáp PN được hình thành bởi chất bán dẫn loại P{0}} và chất bán dẫn loại N- và các đặc điểm cốt lõi của nó bao gồm:

Độ dẫn điện một chiều: Dẫn điện khi phân cực thuận (với điện áp dẫn khoảng 0,6-0,7V đối với bóng bán dẫn silicon và 0,2-0,5V đối với điốt Schottky) và tắt khi phân cực ngược (chỉ có dòng rò ngược ở mức microampe).
Khả năng chuyển mạch nhanh: Thời gian phục hồi ngược của điốt Schottky gần bằng 0 và thời gian phục hồi ngược của điốt silicon cacbua (SiC) có thể được rút ngắn xuống dưới 10 nano giây.
Đặc tính điện áp và dòng điện: Điốt cấp công nghiệp có thể chịu được hàng nghìn volt và có khả năng chống dòng điện thoáng qua vượt quá hàng trăm ampe.
Những đặc điểm này cho phép nó thực hiện ba chức năng cốt lõi trong hệ thống phản hồi năng lượng:

Chỉnh lưu: Quá trình ban đầu chuyển đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều để đạt được phản hồi năng lượng;
Dòng điện liên tục: Trong mạch truyền động động cơ hoặc mạch biến tần, nó cung cấp đường dẫn dòng điện cho tải cảm ứng để ngăn chặn điện áp tăng vọt;
Bảo vệ: Cách ly điện áp ngược để tránh ảnh hưởng đến thiết bị phía nguồn trong quá trình phản hồi năng lượng.
2, Các kịch bản ứng dụng điển hình: từ phương tiện sử dụng năng lượng mới đến lưu trữ năng lượng công nghiệp
1. Hệ thống thu hồi năng lượng phanh xe năng lượng mới
Trong quá trình phanh của xe điện, động cơ trục bánh xe chuyển từ chế độ lái sang chế độ phát điện, tạo ra dòng điện xoay chiều ba pha. Tại thời điểm này, cầu chỉnh lưu diode (thường bao gồm 6 điốt) chuyển đổi nguồn AC thành nguồn DC, sau đó được tăng cường bởi một biến tần và sạc vào pin nguồn. Logic làm việc như sau:

Energy management strategy: The brake controller dynamically adjusts the recovery intensity based on the battery SOC (remaining charge). When SOC>80%, hủy bỏ việc phục hồi năng lượng; Khi SOC<70%, full power recovery occurs.
Yêu cầu lựa chọn điốt: Sử dụng điốt Schottky hoặc điốt SiC có điện áp chuyển tiếp thấp để giảm tổn thất dẫn điện. Ví dụ, sau khi sử dụng điốt SiC Schottky trong một mẫu ô tô nhất định, hiệu suất phục hồi phanh tăng 3% và phạm vi hoạt động tăng thêm 5 km.
Thiết kế quản lý nhiệt: Trong điều kiện dòng điện cao, bao bì diode phải sử dụng cấu trúc TO-247 hoặc DFN8 × 8 có khả năng chịu nhiệt thấp, kết hợp với hệ thống làm mát bằng chất lỏng để đảm bảo nhiệt độ tiếp giáp nhỏ hơn hoặc bằng 150 độ.
2. Bộ phản hồi năng lượng cho bộ biến tần công nghiệp
Trong giai đoạn giảm tốc của các thiết bị như thang máy và cần cẩu, động cơ ở trạng thái phát điện và năng lượng điện được tạo ra sẽ được đưa trở lại tụ điện DC thông qua cầu chỉnh lưu diode. Nếu có năng lượng dư thừa, sự kết hợp IGBT và diode trong IPM (Mô-đun nguồn thông minh) sẽ được sử dụng để đảo ngược nguồn DC thành nguồn AC và đưa nó trở lại lưới điện. Điểm nổi bật về công nghệ của nó bao gồm:

Chỉnh lưu hiệu quả: sử dụng điốt phục hồi nhanh (FRD) hoặc điốt SiC, thời gian phục hồi ngược được rút ngắn xuống còn 1/10 so với ống silicon truyền thống và tổn thất chuyển mạch giảm 70%.
Điều khiển đồng bộ hóa lưới: Bằng cách sử dụng công nghệ vòng khóa pha (PLL), dòng điện phản hồi và điện áp lưới được đồng bộ hóa về tần số và pha, với hệ số công suất Lớn hơn hoặc bằng 0,99.
Cơ chế bảo vệ: Diode TVS (ức chế điện áp nhất thời) kẹp các xung điện áp để tránh hư hỏng thiết bị do sét đánh hoặc quá điện áp.
3. Bộ chuyển đổi hai chiều cho trạm lưu trữ năng lượng
Trong kịch bản cắt giảm đỉnh của lưới điện, hệ thống lưu trữ năng lượng thực hiện chuyển đổi phóng điện thông qua bộ chuyển đổi DC/DC hai chiều. Diode đóng vai trò kép trong quá trình này:

Chế độ sạc: Là một bộ phận chỉnh lưu, nó chuyển đổi nguồn AC thành nguồn DC và lưu trữ vào pin;
Chế độ phóng điện: Là một diode quay tự do, nó cung cấp đường dẫn dòng điện cho mạch biến tần để đảm bảo năng lượng đầu ra được thông suốt.
Lấy hệ thống lưu trữ năng lượng container 20 feet làm ví dụ, BMS (Hệ thống quản lý pin) của nó sử dụng điốt 1600-1800 TVS và Schottky để cân bằng pin, bảo vệ quá áp và chống kết nối ngược. Sau khi sử dụng điốt Trench Schottky, hiệu suất hệ thống tăng 0,4% và mức tiết kiệm điện hàng năm của một hộp đơn đã vượt quá 1000 kWh.