Bagaimana cara kerja dioda dalam sistem umpan balik energi?

一, Karakteristik teknis dioda: dasar fisik untuk umpan balik energi
Dioda adalah struktur sambungan PN yang dibentuk oleh semikonduktor tipe P-dan semikonduktor tipe N-, dan karakteristik intinya meliputi:

Konduktivitas searah: Aktif ketika dibias maju (dengan tegangan konduksi sekitar 0,6-0,7V untuk transistor silikon dan 0,2-0,5V untuk dioda Schottky), dan mati ketika dibias mundur (hanya ada arus bocor balik tingkat mikroampere).
Kemampuan peralihan cepat: Waktu pemulihan balik dioda Schottky mendekati nol, dan waktu pemulihan balik dioda silikon karbida (SiC) dapat dipersingkat hingga kurang dari 10 nanodetik.
Karakteristik resistansi tegangan dan arus: Dioda kelas industri dapat menahan ribuan volt dan memiliki kemampuan resistansi arus transien melebihi ratusan ampere.
Karakteristik ini memungkinkannya menjalankan tiga fungsi inti dalam sistem umpan balik energi:

Perbaikan: Proses awal mengubah arus bolak-balik menjadi arus searah untuk mencapai umpan balik energi;
Arus kontinu: Pada rangkaian penggerak motor atau inverter, ini menyediakan jalur arus untuk beban induktif untuk mencegah lonjakan tegangan;
Perlindungan: Isolasi tegangan balik untuk mencegah dampak pada peralatan sisi daya selama proses umpan balik energi.
2, Skenario aplikasi umum: dari kendaraan energi baru hingga penyimpanan energi industri
1. Sistem pemulihan energi pengereman kendaraan energi baru
Selama proses pengereman kendaraan listrik, motor hub roda beralih dari mode mengemudi ke mode pembangkit, menghasilkan arus bolak-balik tiga-fasa. Pada titik ini, jembatan penyearah dioda (biasanya terdiri dari 6 dioda) mengubah daya AC menjadi daya DC, yang kemudian dikuatkan oleh inverter dan diisi ke dalam daya baterai. Logika kerjanya adalah sebagai berikut:

Energy management strategy: The brake controller dynamically adjusts the recovery intensity based on the battery SOC (remaining charge). When SOC>80%, batalkan pemulihan energi; Ketika SOC<70%, full power recovery occurs.
Persyaratan pemilihan dioda: Gunakan dioda Schottky atau dioda SiC dengan penurunan tegangan maju rendah untuk mengurangi kerugian konduksi. Misalnya, setelah menggunakan dioda SiC Schottky pada model mobil tertentu, efisiensi pemulihan pengereman meningkat sebesar 3% dan jangkauan meningkat sebesar 5 kilometer.
Desain manajemen termal: Dalam kondisi arus tinggi, kemasan dioda harus mengadopsi struktur TO-247 atau DFN8 × 8 dengan ketahanan termal rendah, dikombinasikan dengan sistem pendingin cair untuk memastikan suhu sambungan kurang dari atau sama dengan 150 derajat.
2. Unit umpan balik energi untuk konverter frekuensi industri
Selama fase perlambatan peralatan seperti elevator dan derek, motor berada dalam keadaan menghasilkan, dan energi listrik yang dihasilkan diumpankan kembali ke kapasitor bus DC melalui jembatan penyearah dioda. Jika terdapat kelebihan energi, kombinasi IGBT dan dioda pada IPM (Intelligent Power Module) digunakan untuk mengubah daya DC menjadi daya AC dan menyalurkannya kembali ke jaringan listrik. Sorotan teknologinya meliputi:

Perbaikan yang efisien: menggunakan dioda pemulihan cepat (FRD) atau dioda SiC, waktu pemulihan terbalik dipersingkat menjadi 1/10 dari tabung silikon tradisional, dan kerugian peralihan berkurang sebesar 70%.
Kontrol sinkronisasi jaringan: Dengan menggunakan teknologi loop terkunci fase-(PLL), arus umpan balik dan tegangan jaringan disinkronkan dalam frekuensi dan fase, dengan faktor daya lebih besar dari atau sama dengan 0,99.
Mekanisme proteksi: dioda TVS (penekan tegangan transien) menjepit lonjakan tegangan untuk mencegah kerusakan peralatan akibat sambaran petir atau tegangan lebih.
3. Konverter dua arah untuk pembangkit listrik penyimpanan energi
Dalam skenario pencukuran puncak jaringan listrik, sistem penyimpanan energi mencapai peralihan pelepasan muatan melalui konverter DC/DC dua arah. Dioda memainkan peran ganda dalam proses ini:

Mode pengisian daya: Sebagai komponen penyearah, ia mengubah daya AC menjadi daya DC dan menyimpannya di baterai;
Mode pelepasan: Sebagai dioda freewheeling, ia menyediakan jalur arus untuk rangkaian inverter untuk memastikan keluaran energi yang lancar.
Mengambil contoh sistem penyimpanan energi kontainer 20 kaki, BMS (Sistem Manajemen Baterai) menggunakan 1600-1800 TVS dan dioda Schottky untuk penyeimbangan baterai, perlindungan tegangan lebih, dan koneksi anti terbalik. Setelah mengadopsi dioda Trench Schottky, efisiensi sistem meningkat sebesar 0,4%, dan penghematan daya tahunan dari satu kotak melebihi 1000 kWh.