Care sunt aplicațiile diodelor în sistemele inteligente de întrerupătoare?

一, Principiu tehnic: Caracteristicile de bază ale diodelor sprijină controlul inteligent
1. Conductivitatea unidirecțională construiește o limită sigură
Caracteristicile de conducție directă și de întrerupere inversă ale diodelor le fac o barieră naturală pentru izolarea curenților de defect în sistemele inteligente de întrerupătoare. De exemplu, într-un sistem de distribuție de curent continuu, atunci când apare un scurtcircuit pe partea de sarcină, dioda conectată în paralel la ieșirea întreruptorului de circuit se poate inversa și întrerupe rapid, împiedicând curentul de defect să curgă înapoi pe partea sursei de alimentare și evitând deteriorarea echipamentelor de nivel superior-. Un anumit întrerupător de circuit inteligent de 10 kV a scurtat cu succes timpul de izolare a defectului de scurt-circuit la mai puțin de 50 μ s prin punerea în paralel a diodelor 10 1N4007 la capătul de alimentare, care este cu 80% mai mare decât întreruptoarele mecanice tradiționale.

2. Funcția de recuperare rapidă optimizează eficiența comutatorului
Diodele cu carbură de siliciu (SiC) sunt o alegere ideală pentru scenariile de comutare de-frecvență înaltă datorită timpului lor de recuperare inversă la nivel ns. În modulul de comutare-solid al întrerupătoarelor inteligente, diodele SiC și IGBT/MOSFET-urile formează un dispozitiv de putere hibrid care poate atinge o viteză de rupere de μ s. Datele experimentale arată că utilizarea diodei C3D06060A SiC într-un invertor de 50 kW reduce pierderile de comutare cu 62% în comparație cu dispozitivele bazate pe siliciu-și îmbunătățește eficiența sistemului la 97,2%.

3. Protecție precisă realizată prin caracteristicile neliniare ale amperului de volți
Diodele de suprimare a tensiunii tranzitorii (TVS) pot limita supratensiunea la un nivel sigur în ns timp prin efectul de defalcare a avalanșelor. În modulul de protecție la supratensiune al întreruptorului inteligent, dioda TVS funcționează împreună cu tubul cu descărcare în gaz pentru a forma un sistem de protecție cu trei-nivele: TVS din prima treaptă absoarbe 90% din energia tranzitorie, tubul cu descărcare în gaz din etapa a doua descarcă energia rămasă, iar varistorul treaptă asigură protecție continuă. După aplicarea acestei soluții într-un centru de date, rata defecțiunilor echipamentelor cauzate de loviturile de fulger a scăzut cu 92%.

2, Scenarii tipice de aplicații: de la protecția de bază la luarea-de decizie inteligentă
1. Protecție la supracurent și localizarea defecțiunilor
În etapa de eșantionare curentă a întreruptorului automat inteligent, puntea redresoare compusă din diode convertește semnalul AC în DC pentru analiza FFT de către microprocesor. De exemplu, un anumit tip de întrerupător inteligent folosește stiva de punte GBJ801 pentru a obține redresarea curentului trifazat. Combinat cu algoritmul wavelet, poate identifica cu exactitate mici suprasarcini de 0,1 In (curent nominal), care este de 10 ori mai sensibil decât întreruptoarele termice tradiționale. Între timp, analizând timpul de conducere al diodei, sistemul poate localiza faza de defecțiune și poate scurta timpul de localizare a defecțiunii de la minute la milisecunde.

2. Optimizarea compatibilităţii electromagnetice (EMC).
Circuitul de control al întrerupătoarelor inteligente este susceptibil la interferențe electromagnetice (EMI) cauzate de acțiunile de comutare. Circuitul de absorbție RC compus din diode și condensatori poate suprima în mod eficient vârfurile de tensiune. De exemplu, când IGBT este dezactivat, paralel Rsnap off (10 Ω) și Cj (100nF) pot reduce di/dt de la 500A/μ s la 50A/μ s, reducând intensitatea radiației EMI cu 20 dB. După aplicarea acestei scheme la un anumit invertor fotovoltaic, rata de trecere a testului standard IEC 61000-4-5 a crescut de la 65% la 98%.

3. Control bidirecțional al fluxului de putere
În grămada de încărcare inteligentă cu funcție V2G, matricea de diode realizează controlul bidirecțional al fluxului de energie între rețeaua de alimentare și baterie. În modul de încărcare, dioda fotovoltaică/partea rețelei conduce la încărcarea bateriei; În modul de descărcare, dioda din partea bateriei conduce și alimentează rețeaua. Pila de încărcare de 10 kW care utilizează diode SiC are o fluctuație de tensiune mai mică de 1% în timpul comutării la descărcarea de încărcare, care este de trei ori mai stabilă decât dispozitivele bazate pe siliciu-.

4. Monitorizarea stării și autodiagnosticare
Întreruptoarele inteligente realizează managementul sănătății echipamentelor prin monitorizarea temperaturii joncțiunii diodelor. De exemplu, încorporarea diodelor sensibile la temperatură (TSD) în modulele de putere are ca rezultat o relație liniară între căderea de tensiune directă și temperatura joncțiunii (Δ Vf/Δ T ≈ -2mV/grad). Un anumit întrerupător de circuit inteligent de 500 kV a extins ciclul de întreținere planificat de la 3 ani la 5 ani prin colectarea datelor TSD în timp real și combinându-le cu rețeaua neuronală LSTM pentru a prezice durata de viață a dispozitivului, reducând costurile de operare și întreținere cu 40%.

3, Direcția de dezvoltare inovatoare: integrarea materialelor noi și a inteligenței
1. Popularizarea dispozitivelor semiconductoare cu bandgap largă
Diodele SiC pătrund din câmpuri de înaltă tensiune în scenarii de medie și joasă tensiune. După adoptarea diodelor SiC Schottky într-un sistem de distribuție de 48V DC, pierderea prin conducție a scăzut de la 3,5W la 0,8W, iar eficiența sistemului a crescut cu 1,2 puncte procentuale. Este de așteptat ca până în 2026, cota de piață a diodelor SiC în întrerupătoarele inteligente să depășească 30%.

2. Integrarea modulului de diode inteligente
Integrați diode cu senzori și circuite driver pentru a forma un Modul Intelligent de Putere (IPM). De exemplu, CoolSiC lansat de modulul MOSFET Infineon ™, cu senzori de temperatură și curent încorporați-, poate comunica direct cu microprocesorul prin interfața SPI pentru a realiza-monitorizarea în timp real a stării și ajustarea adaptivă a parametrilor de protecție.

3. Aplicarea tehnologiei gemene digitale
Prin stabilirea unui model digital dublu al parametrilor diodei, se poate prezice performanța dispozitivului în condiții extreme de funcționare. Modelul de cuplare termoelectrică a diodelor dezvoltat de o anumită instituție de cercetare, combinat cu algoritmi de învățare automată, poate avertiza asupra riscului ca temperatura joncțiunii să depășească 72 de ore în avans, cu o rată de precizie de 95%.