Sut mae deuodau yn ymateb yn gyflym mewn modiwlau newid llwyth?

一, Sail ffisegol ymateb cyflym deuodau
1. dargludedd uncyfeiriad a nodweddion newid
Mae nodwedd graidd deuod yn gorwedd yn dargludedd un cyfeiriad y gyffordd PN: pan fo foltedd anod yn uwch na'r foltedd catod, mae cyffordd PN yn dargludo i ffurfio llwybr cerrynt; O dan foltedd gwrthdro, mae'r gyffordd PN yn torri i ffwrdd ac yn blocio cerrynt. Mae'r nodwedd hon yn ei gwneud yn "switsh electronig" naturiol a all sefydlu neu dorri llwybrau cerrynt yn gyflym wrth newid llwyth. Er enghraifft, mewn cylched unionydd pont un cyfnod, mae pedwar deuod yn dargludiad bob yn ail i drawsnewid cerrynt eiledol yn gerrynt curiadiadol uniongyrchol, gyda chyfnod switsio wedi'i gydamseru ag amledd mewnbwn AC ac amser ymateb o ficroeiliadau.

2. Optimeiddio Amser Adfer Gwrthdro (TRR)
Pan fydd deuod yn newid o gyflwr dargludo i gyflwr torri, mae angen iddo ryddhau'r cludwyr lleiafrifol sydd wedi'u storio yn y gyffordd PN, a elwir yn adferiad gwrthdro. Gall TRR deuodau unioni traddodiadol gyrraedd cannoedd o nanoseconds, tra bod deuodau adfer cyflym (FRDs) yn byrhau'r TRR i ddegau o nanoseconds trwy strwythur cyffordd PIN (P-haen gynhenid ​​math N{{{}}math), a gall deuodau adfer cyflym iawn (UFRDs) hyd yn oed fod yn llai na 10 nanoseconds. Er enghraifft, dim ond 35 nanoseconds yw TRR deuod adfer tra chyflym UF4007, sy'n ei alluogi i gyflawni newid heb oedi mewn gyriannau modur PWM amledd uchel.

3. mecanwaith cludo mwyafrif o Schottky deuodau
Mae deuodau Schottky yn defnyddio cyffyrdd lled-ddargludyddion metel (cyffyrdd MS) i gyflawni dargludiad trwy gludiant cludwr mwyafrif (electron), heb fod angen prosesau ailgyfuno cludwyr lleiafrifol, gan ddileu amser adfer gwrthdro. Gall ei gyflymder newid gyrraedd lefel picosecond (10 ^ - 12 eiliad), a gall ddileu pigau foltedd a achosir gan adferiad gwrthdro mewn cyflenwadau pŵer newid amledd uchel yn llwyr. Er enghraifft, mewn system fysiau 48V DC, gall deuodau Schottky leihau'r gorlifiad foltedd wrth newid llwyth o 50V o ddeuodau traddodiadol i fewn 5V.

2, Senarios cais allweddol mewn newid llwyth
1. Amddiffyniad cyfredol parhaus ar gyfer llwythi anwythol
Mewn senarios llwyth anwythol megis gyrru modur a rheolaeth ras gyfnewid, gall y grym electromotive gwrthdro a gynhyrchir gan y coil pan fydd y tiwb switsh yn cael ei ddiffodd gyrraedd 3-5 gwaith y foltedd mewnbwn, gan fygwth diogelwch y ddyfais gyrru yn ddifrifol. Ar y pwynt hwn, mae angen i'r deuodau olwyn rhydd cyfochrog ddargludo o fewn nanoseconds i ddarparu llwybr rhyddhau ar gyfer egni anwythol. Er enghraifft, mewn rheolaeth modur 24V DC, gall defnyddio deuod adfer cyflym FR107 (TRR=50ns) atal y pigyn foltedd gwrthdro o 200V i 60V, tra'n osgoi'r oedi gwanhau ynni magnetig a achosir gan ddeuod 1N4007 traddodiadol (TRR=300ns).

2. Newid annibynnol o lwythi lluosog
Mewn systemau rheoli PLC neu electroneg modurol, mae angen i lwythi lluosog newid yn annibynnol ac osgoi ymyrraeth ar y cyd. Ar y pwynt hwn, mae angen i bob cylched llwyth gael deuod olwyn rhydd annibynnol a dileu ymyrraeth dolen ddaear trwy ddyluniad sylfaen siâp seren. Er enghraifft, mae modiwl rheoli corff car penodol yn defnyddio arae deuod olwyn rhydd annibynnol 12 sianel, ynghyd â deuodau pŵer wedi'u gosod ar wyneb math SM4007 (gydag ardal afradu gwres dair gwaith yn fwy na phecynnu traddodiadol), i gyflawni cyfradd llwyddiant newid o 99.9% yn yr ystod tymheredd o -40 gradd i 125 gradd.

3. Cywiro cydamserol ar gyfer trosi pŵer effeithlon
Mewn cyflenwadau pŵer switsh, mae technoleg cywiro cydamserol yn disodli deuodau traddodiadol â MOSFETs â gostyngiad mewn foltedd dargludiad isel, ond mae angen deuodau fel cydrannau olwynion rhydd ategol. Ar y pwynt hwn, mae angen i'r deuod adfer tra chyflym gwblhau'r parhad cyfredol ar hyn o bryd pan fydd y MOSFET wedi'i ddiffodd (fel arfer<10ns) to avoid output voltage drop. For example, in a 48V/12V DC-DC converter, C3D10065F silicon carbide Schottky diode (VF) is used= 0.65V@10A )The conversion efficiency can be increased from 92% to 96%.

3, Datrysiadau Diwydiant a Thueddiadau Technoleg
1. Dewis dyfais a pharu paramedr
Senarios amledd uchel: Mae deuodau UFRD neu Schottky yn cael eu ffafrio. Er enghraifft, mewn gyriant modur 20kHz, mae'r TRR (35ns) o fath UF4007 UFRD yn cael ei leihau 88% o'i gymharu â 1N4007 (300ns), a all leihau colledion newid o 40%.
Senario cyfredol uchel: defnyddio deuodau pŵer mount wyneb neu becynnu modiwlaidd. Er enghraifft, mae effeithlonrwydd afradu gwres deuod SMD SM4007 (4A/1000V) ddwywaith yn fwy na phecyn DO-41, gan ei wneud yn addas ar gyfer gosodiad trwchus araeau cyfnewid.
Senario foltedd uchel: Dewiswch stack silicon foltedd uchel neu ddeuod carbid silicon. Er enghraifft, gall y pentwr silicon foltedd uchel 2DLG (2000V/1A) wrthsefyll gor-foltedd bws DC mewn gwrthdroyddion ffotofoltäig, tra bod VF deuodau carbid silicon cyfres C3D (1200V/10A) yn cael ei leihau 50% o'i gymharu â deuodau silicon.
2. Optimeiddio gosodiad a rheolaeth paramedr parasitig
Byrhau'r ddolen: Rhowch y deuod olwyn rydd mor agos at y pen llwyth â phosibl i leihau'r anwythiad llwybro. Er enghraifft, yn y PCB gyriant modur, gall rheoli'r pellter rhwng y deuod a'r pin modur o fewn 3mm leihau gorlifiad foltedd o 50V i 15V.
Sylfaen annibynnol: Mabwysiadu dyluniad sylfaen siâp seren i osgoi cyplu ymyrraeth a achosir gan wifrau daear a rennir. Er enghraifft, mewn bwrdd rheoli aml-gyfnewid, gall ffurfweddu cylchedau sylfaen annibynnol ar gyfer pob sianel leihau'r gyfradd sbarduno ffug o 5% i 0.1%.
Rhwydwaith byffer: Cylched amsugno RC cyfochrog neu diwb TVS ar nodau critigol. Er enghraifft, trwy gyfochrog â rhwydwaith amsugno 10 Ω/0.1 μ F RC rhwng MOSFET a llwyth anwythol, gellir atal y pigyn foltedd diffodd o 100V i 40V.
3. Technolegau sy'n dod i'r amlwg a chymwysiadau materol
Deuod silicon carbid (SiC): Mae'r maes trydan critigol uchel (2.8MV/cm) a chyflymder dirlawnder electron uchel (2 × 10 ^ 7cm/s) o ddeunydd SiC yn rhoi gostyngiad mewn foltedd dargludiad isel iawn (VF) iddo.< 0.7V@10A )And extremely short TRR (<10ns). For example, C3D series SiC diodes can improve efficiency by 1.5% and reduce heat sink volume by 30% in photovoltaic inverters.
Ateb Integreiddio Gallium Nitride (GaN): Mae integreiddiad -sglodyn sengl GaN HEMT a deuod Schottky yn galluogi newid llwyth gydag amleddau newid hyd at MHz. Er enghraifft, gall y modiwl integreiddio pŵer GaN a lansiwyd gan gwmni EPC leihau'r cyfaint i 1/5 o atebion traddodiadol mewn trosi 48V / 12V.
4, Astudiaeth Achos: Arfer Optimeiddio System Gyriant Modur
Profodd gyriant servo diwydiannol penodol pigau foltedd yn uwch na'r safon yn ystod brecio cyflym, gan arwain at ddifrod aml i'r IGBT gyrru. Defnyddiodd y dyluniad gwreiddiol deuod 1N4007 fel yr elfen olwyn rydd, ond ni all ei TRR (300ns) amsugno'r grym electromotive cefn modur mewn modd amserol. Datryswch y broblem trwy'r mesurau optimeiddio canlynol:

Uwchraddio dyfais: Amnewid gyda deuod adfer tra chyflym math UF4007 (TRR=35ns), gan leihau pigyn foltedd gwrthdro o 200V i 60V.
Gwella'r gosodiad: Symudwch y deuod olwyn rhydd ger y derfynell modur, cwtogi'r hyd gwifrau o 50mm i 10mm, a lleihau'r anwythiad parasitig o 50nH i 10nH.
Rhwydwaith byffer: Cysylltwch gylched amsugno 10 Ω/0.1 μ F RC yn gyfochrog rhwng y casglwr IGBT a'r derfynell modur i atal gorlifiad foltedd i 40V ymhellach.
Ar ôl optimeiddio, cyflawnodd y system weithrediad sefydlog ar amlder newid o 10kHz, a gostyngodd cyfradd fethiant IGBT o 3 gwaith y mis i ddim methiannau, gyda gwelliant effeithlonrwydd o 2.3%.