Care sunt diferitele roluri ale diodelor în invertoarele cu punte completă și semi punte?

1, Diferențele de topologie determină poziționarea funcțională fundamentală a diodelor
(1) Arhitectura minimalistă a invertorului pe jumătate de punte și rolul miezului de diodă
Invertorul cu jumătate de punte adoptă o structură cu două diode cu comutator dublu, iar partea DC formează două puncte de potențial de ± Vdc/2 prin diviziunea tensiunii condensatorului. Luând ca exemplu sarcinile inductive, când comutatorul M1 al brațului de punte superior este pornit, calea curentului este Vdc/2 → M1 → sarcină → Vdc/2, iar dioda D1 este în starea de întrerupere inversă. Când M1 este oprit, forța electromotoare inversă generată de inductanța sarcinii formează un circuit de roată liberă prin D2: sarcină → D2 → Vdc/2, care realizează două funcții majore:

Clemă de tensiune: Limitați tensiunea pe care o poate suporta tubul comutatorului la Vdc/2 pentru a evita defectarea supratensiunii;
Feedback de energie: Oferă un canal de eliberare pentru stocarea inductivă a energiei pentru a preveni vârfurile de tensiune cauzate de schimbări bruște de curent.
Datele experimentale arată că într-un sistem invertor cu jumătate de punte de 1 kW, curentul de vârf de rulare liberă al lui D2 poate atinge de 1,5 ori curentul nominal de sarcină, iar timpul de recuperare inversă trebuie controlat în 100ns pentru a asigura eficiența comutării.

(2) Arhitectura redundantă și extinderea funcției diode a invertorului cu punte completă
Invertorul cu punte completă adoptă o structură cu patru comutatoare și patru diode, care realizează inversarea polarității tensiunii de ieșire prin conducerea alternativă a două perechi de comutatoare. Unicitatea sa se reflectă în:

Control bipolar: Prin combinația de conducție T1-T4, se poate obține o variație completă de tensiune de ± Vdc la capătul sarcinii. Diodele D1-D4 nu numai că îndeplinesc funcția de rulare liberă, dar formează și un canal de feedback energetic;
Protecție împotriva defecțiunilor: când T1 și T4 sunt ambele greșite, D2-D3 poate forma o cale de protecție la scurtcircuit pentru a preveni scurtcircuitul magistralei DC.
Testele comparative arată că tensiunea inversă de vârf suportată de diode în structura completă a podului este redusă cu 50% în comparație cu structura pe jumătate de punte, dar trebuie gestionați curenți tranzitori mai mari (până la dublul curentului de sarcină).

2, Răspunsul dinamic al diodelor în mecanismul de gestionare a energiei
(1) Controlul unidirecțional al fluxului de energie al invertorului pe jumătate de punte
Într-o topologie cu jumătate de punte, diodele formează o rețea de transfer de energie unidirecțională. Luând ca exemplu aplicarea microinvertoarelor fotovoltaice, atunci când puterea de sarcină este mai mică decât puterea de intrare, stocarea de energie inductivă este alimentată înapoi la magistrala DC prin D2, iar dioda trebuie să îndeplinească următoarele cerințe:

Căderea de tensiune pozitivă Mai mică sau egală cu 0,5V (reducerea pierderilor de conducție);
Sarcina de recuperare inversă Qrr Mai mică sau egală cu 100 nC (reducerea pierderilor de comutare).
Conform datelor de testare de la un anumit producător, utilizarea diodelor de recuperare rapidă (cum ar fi STTH3R06) poate crește eficiența sistemului cu 2,3% și poate reduce creșterea temperaturii cu 15 grade.

(2) Reglarea energiei bidirecționale a invertorului cu punte completă
Structura completă a podului realizează un management mai complex al energiei printr-o rețea de diode:

Clemă activă: În invertoarele cuplate cu transformator, D1-D4 poate forma un circuit de clemă pentru a limita tensiunea tubului comutatorului într-un interval de siguranță;
Implementarea comutației soft: combinate cu inductori rezonanți, diodele pot crea condiții de comutare cu tensiune zero. După adoptarea acestei tehnologii, pierderea de comutare a unui invertor cu punte completă de 4 kW a fost redusă cu 65%.
Este de remarcat în special faptul că, în invertoarele cu trei-poduri complete, diodele trebuie să îndeplinească și funcția de echilibru energetic de la fază la fază. Când trece curentul unei anumite faze, dioda brațului de punte corespunzător poate ghida excesul de energie să curgă către alte faze, realizând o distribuție dinamică a puterii.

3, Cerințe diferențiale ale strategiei de control pentru caracteristicile diodei
(1) Control simplu și potrivirea parametrilor diodei invertorului pe jumătate de punte
Structura pe jumătate de punte adoptă de obicei control SPWM bipolar sau unipolar, iar cerințele pentru diode sunt concentrate pe caracteristicile statice:

Timp de recuperare inversă trr Mai mic sau egal cu 50 ns (potrivit pentru comutarea de-frecvență înaltă);
Capacitatea joncțiunii Cj Mai mică sau egală cu 100pF (reduce zgomotul comutatorului).
Conform datelor de selecție ale unui anumit proiect de invertor auto, utilizarea diodelor de recuperare ultrarapidă (cum ar fi MUR860) poate reduce interferența electromagnetică (EMI) cu 8 dB.

(2) Modulația complexă și adaptarea dinamică a diodelor în invertoarele cu punte completă
Structura completă a podului acceptă tehnologii avansate de modulare, cum ar fi dublarea frecvenței SPWM, care impune cerințe dinamice mai mari asupra diodelor

Stabilitatea temperaturii: în intervalul -40 grade ~ 150 grade, rata de schimbare a căderii de presiune înainte ar trebui să fie mai mică sau egală cu 5 mV/grad;
Capacitate anti avalanșă: trebuie să reziste la energia de avalanșă de cel puțin 1,5 ori curentul nominal.
O anumită carcasă de antrenare a motorului industrial arată că utilizarea diodelor cu carbură de siliciu (cum ar fi C3D10060E) poate îmbunătăți eficiența sistemului la 98,2% și poate scurta timpul zonei moarte de la 500ns la 200ns.

4, Comparație de performanță în scenarii de aplicații tipice
Parametrul invertor cu jumătate de punte invertor cu punte completă
Numărul de diode 2, 4
Tensiune de tensiune Vdc/2 Vdc
Tensiune de curent de 1,5 ori curentul de sarcină de 2 ori curentul de sarcină
Complexitate scăzută de control (SPWM bipolar) și înaltă (SPWM de dublare a frecvenței)
Eficiență tipică 92-95% 95-98%
Coeficientul de cost 1.0 1.8