Какви са различните роли на диодите в пълномостови и полумостови инвертори?

1, Разликите в топологията определят фундаменталното функционално позициониране на диодите
(1) Минималистична архитектура на полумостов инвертор и ролята на диодното ядро
Полумостовият инвертор приема структура с двоен превключвател и двоен диод, а страната на DC образува две потенциални точки от ± Vdc/2 чрез разделяне на напрежението на кондензатора. Вземайки индуктивни товари като пример, когато превключвателят на горното рамо на моста M1 е включен, пътят на тока е Vdc/2 → M1 → натоварване → Vdc/2, а диодът D1 е в състояние на обратно прекъсване. Когато M1 е изключен, обратната електродвижеща сила, генерирана от индуктивността на товара, образува верига на свободен ход през D2: натоварване → D2 → Vdc/2, което постига две основни функции:

Скоба за напрежение: Ограничете напрежението, което превключващата тръба може да издържи до Vdc/2, за да избегнете прекъсване на пренапрежението;
Енергийна обратна връзка: Осигурява освобождаващ канал за индуктивно съхранение на енергия за предотвратяване на пикове на напрежението, причинени от внезапни промени в тока.
Експерименталните данни показват, че в 1kW полумостова инверторна система пиковият свободен ток на D2 може да достигне 1,5 пъти номиналния ток на натоварване и времето за обратно възстановяване трябва да се контролира в рамките на 100ns, за да се осигури ефективност на превключването.

(2) Излишна архитектура и разширяване на диодната функция на пълен мостов инвертор
Пълният мостов инвертор приема структура с четири превключвателя и четири диода, която постига обръщане на полярността на изходното напрежение чрез променлива проводимост на две двойки превключватели. Неговата уникалност се изразява в:

Биполярно управление: Чрез комбинацията от T1-T4 проводимост може да се получи пълна промяна на напрежението от ± Vdc в края на товара. Диодите D1-D4 не само изпълняват функцията на свободен ход, но също така образуват канал за обратна връзка по енергия;
Защита от повреда: Когато и T1, и T4 са заблудени, D2-D3 може да формира път за защита от късо съединение, за да предотврати късо съединение на DC шина.
Сравнителното тестване показва, че пиковото обратно напрежение, понесено от диодите в пълната мостова структура, е намалено с 50% в сравнение с половин мостова структура, но трябва да се справят с по-високи преходни токове (до два пъти тока на натоварване).

2, Динамичен отговор на диодите в механизма за управление на енергията
(1) Еднопосочно управление на енергийния поток на полумостов инвертор
В полумостовата топология диодите образуват еднопосочна мрежа за пренос на енергия. Като вземем за пример приложението на фотоволтаични микроинвертори, когато мощността на натоварване е по-малка от входната мощност, индуктивното съхранение на енергия се подава обратно към DC шината през D2 и диодът трябва да отговаря на следните изисквания:

Положителен спад на напрежението По-малко или равно на 0,5 V (намаляване на загубата на проводимост);
Зареждане за обратно възстановяване Qrr По-малко или равно на 100nC (намаляване на загубите при превключване).
Според данни от тестове от определен производител, използването на диоди за бързо възстановяване (като STTH3R06) може да увеличи ефективността на системата с 2,3% и да намали повишаването на температурата с 15 градуса.

(2) Двупосочно енергийно регулиране на пълен мостов инвертор
Пълната мостова структура постига по-сложно управление на енергията чрез диодна мрежа:

Активна скоба: В инвертори, свързани с трансформатор, D1-D4 може да образува верига с клема, за да ограничи напрежението на превключващата тръба в безопасен диапазон;
Изпълнение на меко превключване: Комбинирани с резонансни индуктори, диодите могат да създадат условия за превключване на нулево напрежение. След приемането на тази технология загубата при превключване на 4kW пълен мостов инвертор беше намалена с 65%.
Особено забележително е, че в три-фазните инвертори с пълен мост диодите също трябва да поемат функцията на фазово-фазов енергиен баланс. Когато токът на определена фаза води, диодът на съответното мостово рамо може да насочи излишната енергия към други фази, постигайки динамично разпределение на мощността.

3, Диференциални изисквания на стратегията за управление на диодните характеристики
(1) Просто управление и съвпадение на диодни параметри на полумостов инвертор
Структурата на половин мост обикновено приема биполярно или еднополюсно SPWM управление, а изискванията за диоди са фокусирани върху статичните характеристики:

Време за обратно възстановяване trr По-малко или равно на 50ns (подходящо за високо-честотно превключване);
Капацитет на свързване Cj По-малък или равен на 100pF (намалява шума при превключване).
Според данните за избор на проект за определен автомобилен инвертор, използването на диоди с ултра бързо възстановяване (като MUR860) може да намали електромагнитните смущения (EMI) с 8dB.

(2) Комплексна модулация и динамична адаптация на диоди в пълни мостови инвертори
Пълната мостова структура поддържа усъвършенствани модулационни технологии като удвояване на честотата SPWM, което налага по-високи динамични изисквания към диодите

Температурна стабилност: В рамките на диапазона от -40 градуса ~150 градуса, скоростта на промяна на спада на налягането трябва да бъде по-малка или равна на 5mV/градус;
Антилавинна способност: Трябва да издържа на лавинна енергия най-малко 1,5 пъти номиналния ток.
Определен случай на индустриално моторно задвижване показва, че използването на диоди от силициев карбид (като C3D10060E) може да подобри ефективността на системата до 98,2% и да съкрати времето на мъртвата зона от 500ns на 200ns.

4, Сравнение на производителността в типични сценарии на приложение
Параметър полумостов инвертор пълен мостов инвертор
Брой диоди 2, 4
Напрежение Vdc/2 Vdc
Текущо напрежение 1,5 пъти ток на натоварване 2 пъти ток на натоварване
Ниска сложност на управление (биполярно SPWM) и високо (удвояване на честотата SPWM)
Типична ефективност 92-95% 95-98%
Коефициент на разходите 1.0 1.8