Diode phục hồi nhanh là gì? Những thiết bị năng lượng nào phù hợp để sử dụng?

1, Bản chất kỹ thuật của điốt phục hồi nhanh
Đổi mới cấu trúc: Ưu điểm vật lý của cấu trúc mã PIN
Điốt chỉnh lưu truyền thống áp dụng cấu trúc tiếp giáp PN và trong quá trình phục hồi ngược, các sóng mang được lưu trữ trong vùng cạn kiệt cần một thời gian dài để kết hợp lại, dẫn đến thời gian phục hồi ngược là micro giây. Điốt phục hồi nhanh tạo thành cấu trúc mã PIN bằng cách chèn lớp I nội tại giữa các lớp silicon loại P- và loại N-. Thiết kế này mở rộng độ rộng vùng cạn kiệt đến mức micromet, giảm đáng kể dung lượng lưu trữ sóng mang. Lấy đi-ốt phục hồi nhanh cacbua silic dòng C3D của CREE làm ví dụ, cấu trúc mã PIN của nó rút ngắn thời gian khôi phục ngược xuống dưới 10 nano giây, cao hơn hai bậc so với các thiết bị dựa trên silicon truyền thống.

Đột phá công nghệ: Công nghệ điều khiển trung tâm composite
Bằng cách cấy ion vào các tạp chất kim loại nặng như vàng và bạch kim hoặc sử dụng công nghệ chiếu xạ điện tử, các trung tâm tái hợp ở mức độ sâu sẽ được đưa vào mạng silicon. Các trung tâm tái hợp này hoạt động như 'bẫy chất mang', đẩy nhanh quá trình tái hợp của các chất mang thiểu số. Dữ liệu thực nghiệm cho thấy điện tích phục hồi ngược Qrr của điốt FR107 pha tạp vàng giảm 75% so với các thiết bị không pha tạp và thời gian phục hồi ngược được rút ngắn từ 2 micro giây xuống còn 500 nano giây.

Đổi mới vật liệu: Sự trỗi dậy của chất bán dẫn dải rộng
Việc áp dụng các vật liệu bán dẫn-thế hệ thứ ba như cacbua silic (SiC) và gali nitrit (GaN) đã vượt qua các giới hạn vật lý của các thiết bị dựa trên-silicon. Độ rộng vùng cấm của vật liệu SiC là 3,2 eV, gấp ba lần so với silicon. Cường độ trường đánh thủng tới hạn cao (3MV/cm) cho phép thiết bị đạt được điện trở cao hơn và lớp trôi mỏng hơn. CoolSiC do Infineon ™ ra mắt Diode phục hồi nhanh dòng 1200V có thời gian phục hồi ngược chỉ 35 nano giây ở nhiệt độ tiếp giáp 25 độ và có đặc tính hệ số nhiệt độ dương, giúp dễ dàng mở rộng song song.

2, Kịch bản ứng dụng cốt lõi trong thiết bị năng lượng
Biến tần quang điện: Cuộc cách mạng hiệu quả từ DC sang AC
Trong bộ biến tần quang điện dạng chuỗi, điốt phục hồi nhanh đóng vai trò quan trọng trong quá trình chuyển đổi AC-DC. Lấy biến tần Huawei SUN2000-50KTL-H1 làm ví dụ, mạch tăng cường Boost của nó sử dụng đi-ốt phục hồi cực nhanh MUR1680CT (trr=80ns), có thể giảm 40% tổn thất chuyển mạch trong quá trình theo dõi MPPT. Đặc biệt trong điều kiện tải nhẹ, đặc tính phục hồi mềm giúp ngăn chặn hiệu quả các xung điện áp, tăng Hiệu suất Euro của hệ thống lên 98,7%.

Cọc sạc xe điện: Đột phá về hiệu quả của chỉnh lưu tần số cao
Trạm tăng áp Tesla V3 sử dụng nền tảng điện áp cao 900V và điốt phục hồi nhanh STTH1206DI 600V được sử dụng trong mạch PFC của nó được điều khiển trong vòng 120 nano giây bằng cách tối ưu hóa gradient nồng độ pha tạp. Với công suất sạc 350kW, thiết bị này đạt hiệu suất mô-đun chỉnh lưu là 99,2%, cao hơn 1,5 điểm phần trăm so với bộ chỉnh lưu silicon truyền thống. Nó có thể tiết kiệm hơn 20000 nhân dân tệ tiền điện cho một trạm sạc hàng năm.

Nguồn điện công nghiệp: chuyển đổi năng lượng tần số cao-
Trong bộ nguồn công nghiệp tần số cao-dòng Emerson CT, đi-ốt phục hồi nhanh cacbua silic TDAF30A65 650V được sử dụng song song với IGBT để tạo thành mạch quay tự do hiệu quả. Đặc tính dòng phục hồi ngược bằng 0 của nó làm tăng tần số chuyển mạch lên 200kHz và đạt được mật độ công suất 5kW/in ³. Trong hệ thống điện của máy cắt laser, thiết bị này giảm điện áp gợn sóng đầu ra xuống dưới 0,5%, cải thiện đáng kể độ chính xác gia công.

Hệ thống lưu trữ năng lượng: Tối ưu hóa hiệu quả của bộ chuyển đổi hai chiều
Đi-ốt phục hồi cực nhanh BYV26E được sử dụng trong hệ thống lưu trữ năng lượng của CATL giúp đạt được dòng năng lượng hiệu quả trong bộ chuyển đổi DC{1}}DC hai chiều. Cấu trúc đoản mạch cực dương độc đáo của nó cho phép hệ số độ mềm phục hồi ngược (S=tr/tf) đạt 0,3. Trong quá trình chuyển đổi sạc và xả pin, hiện tượng vượt điện áp được kiểm soát trong phạm vi 5%, giúp kéo dài tuổi thọ của chu kỳ pin.

3, Những cân nhắc chính khi lựa chọn và thiết kế
Nguyên tắc vàng của việc khớp thông số
Biên điện áp: Điện áp hoạt động thực tế phải thấp hơn 70% điện áp đỉnh lặp lại định mức VRRM của thiết bị. Ví dụ: trong hệ thống quang điện 1000V, cần phải chọn các thiết bị có VRRM Lớn hơn hoặc bằng 1200V.
Giảm công suất hiện tại: Nên chọn dòng chuyển tiếp trung bình IF (AV) dựa trên 1,5 lần dòng điện hoạt động thực tế và dòng điện tăng đột biến cực đại IFSM phải chịu được hơn 2 lần dòng ngắn mạch-tối đa của hệ thống.
Cân bằng tổn thất: Trong các ứng dụng trên 20kHz, cần đánh giá toàn diện tổn thất dẫn truyền thuận (Pon=VF × IF) và tổn thất phục hồi ngược (Psw off=Vr × Irrm × trr × fsw/2) và ưu tiên lựa chọn các thiết bị khôi phục cực nhanh có Qrr<50nC.
Kỹ thuật hệ thống quản lý nhiệt
Tối ưu hóa đường dẫn tản nhiệt: Sử dụng cấu trúc tản nhiệt bằng gốm DBC và vây kim đồng, khả năng chịu nhiệt θ ja của các thiết bị đóng gói TO-247 giảm xuống 1,5 độ /W.
Giám sát nhiệt độ điểm nối: Tích hợp nhiệt điện trở NTC trong mô-đun IGBT để theo dõi nhiệt độ điểm nối diode trong-thời gian thực, đảm bảo nhiệt độ không vượt quá giá trị định mức 150 độ.
Thiết kế chia sẻ dòng song song: Sử dụng song song cùng một lô thiết bị và điều chỉnh điện trở cổng (Rg) để đồng bộ hóa dạng sóng chuyển mạch, sự mất cân bằng dòng điện được kiểm soát trong vòng 5%.