Какво е диод за бързо възстановяване? Кои енергийни устройства са подходящи за използване в?

1, Техническата същност на диодите за бързо възстановяване
Структурна иновация: Физически предимства на PIN структурата
Традиционните токоизправителни диоди приемат структура на PN преход и по време на процеса на обратно възстановяване, носителите, съхранявани в областта на изчерпване, се нуждаят от дълго време, за да се рекомбинират, което води до време за обратно възстановяване от микросекунди. Диодите с бързо възстановяване образуват PIN структура чрез вмъкване на присъщ I слой между силициевите слоеве тип P- и тип N-. Този дизайн разширява ширината на зоната на изчерпване до ниво микрометър, като значително намалява количеството на съхранението на носителя. Като вземем за пример силициево-карбидния диод за бързо възстановяване от серията C3D на CREE, неговата PIN структура съкращава времето за обратно възстановяване до по-малко от 10 наносекунди, което е с два порядъка по-високо в сравнение с традиционните устройства, базирани на-силиций.

Технологичен пробив: Технология за управление на композитен център
Чрез йонно имплантиране на примеси от тежки метали като злато и платина или чрез използване на технология за електронно облъчване, в силициевата решетка се въвеждат рекомбинационни центрове на дълбоко ниво. Тези рекомбинационни центрове действат като „капани за носители“, ускорявайки процеса на рекомбинация на малцинствените носители. Експерименталните данни показват, че зарядът за обратно възстановяване Qrr на диоди FR107, легирани със злато, е намален със 75% в сравнение с нелегираните устройства, а времето за обратно възстановяване е съкратено от 2 микросекунди до 500 наносекунди.

Иновации в материалите: Възходът на широколентовите полупроводници
Прилагането на полупроводникови материали от трето-поколение като силициев карбид (SiC) и галиев нитрид (GaN) допълнително надхвърли физическите граници на базираните на силиций-устройства. Ширината на забранената зона на SiC материала е 3,2 eV, което е три пъти повече от силиция. Неговата висока критична сила на полето на пробив (3MV/cm) позволява на устройството да постигне по-висока устойчивост на напрежение и по-тънък дрейфов слой. CoolSiC, пуснат от Infineon ™ Диодът от серията 1200 V за бързо възстановяване има време за обратно възстановяване от само 35 наносекунди при температура на свързване от 25 градуса и има характеристика на положителен температурен коефициент, което го прави лесен за паралелно разширяване.

2, Основни сценарии за приложение в енергийно оборудване
Фотоволтаичен инвертор: Революция на ефективността от DC към AC
В струнните фотоволтаични инвертори диодите с бързо възстановяване играят решаваща роля при преобразуването на DC-AC. Като вземем за пример инвертора Huawei SUN2000-50KTL-H1, неговата усилваща верига Boost използва MUR1680CT диод за ултра бързо възстановяване (trr=80ns), който може да намали загубите при превключване с 40% по време на MPPT проследяване. Особено при условия на леко натоварване, характеристиката на мекото възстановяване ефективно потиска пиковете на напрежението, повишавайки ефективността на системата в Евро до 98,7%.

Купчина за зареждане на електрически превозни средства: Пробив в ефективността на високочестотното коригиране
Tesla V3 Supercharging Station приема платформа с високо напрежение 900V, а диодът за бързо възстановяване STTH1206DI 600V, използван в нейната PFC верига, се контролира в рамките на 120 наносекунди чрез оптимизиране на градиента на концентрация на допинг. При мощност на зареждане от 350kW, това устройство постига ефективност на токоизправителния модул от 99,2%, което е с 1,5 процентни пункта по-високо от традиционните силициеви токоизправители. Може да спести над 20 000 юана от сметки за електричество за една зарядна станция годишно.

Индустриално захранване: високо{0}}честотно преобразуване на енергия
Във високочестотното промишлено захранване от серията Emerson CT-, TDAF30A65 650V диодът от силициев карбид с бързо възстановяване се използва в антипаралел с IGBT за образуване на ефективна верига на свободен ход. Неговата характеристика на нулев обратен ток на възстановяване увеличава честотата на превключване до 200kHz и постига плътност на мощността от 5kW/in ³. В захранващата система на машината за лазерно рязане, това устройство намалява изходното напрежение на пулсации до под 0,5%, като значително подобрява точността на обработка.

Система за съхранение на енергия: Оптимизиране на ефективността на двупосочен преобразувател
Диодът с ултра бързо възстановяване BYV26E, използван в системата за съхранение на енергия на CATL, постига ефективен енергиен поток в двупосочни DC-DC преобразуватели. Неговата уникална структура на късо съединение на анода позволява коефициентът на мекота на обратно възстановяване (S=tr/tf) да достигне 0,3. По време на процеса на превключване на зареждането и разреждането на батерията превишаването на напрежението се контролира в рамките на 5%, удължавайки живота на цикъла на батерията.

3, Основни съображения за избор и дизайн
Златното правило за съвпадение на параметри
Марж на напрежението: Действителното работно напрежение трябва да бъде по-ниско от 70% от номиналното обратно повтарящо се пиково напрежение VRRM на устройството. Например, в 1000V фотоволтаична система трябва да бъдат избрани устройства с VRRM, по-голямо или равно на 1200V.
Намаляване на номиналния ток: Средният прав ток IF (AV) трябва да бъде избран въз основа на 1,5 пъти действителния работен ток, а пиковият прав ток на ударен ток IFSM трябва да издържа повече от 2 пъти максималния ток на късо- съединение на системата.
Баланс на загубите: В приложения над 20kHz е необходимо да се оцени цялостно загубата на проводимост в права посока (Pon=VF × IF) и загубата при обратно възстановяване (Psw изкл=Vr × Irrm × trr × fsw/2) и да се даде приоритет на избора на ултрабързи устройства за възстановяване с Qrr<50nC.
Системно инженерство за управление на топлината
Оптимизиране на пътя на разсейване на топлината: Приемайки DBC керамичен субстрат и структура за разсейване на топлината от медни иглени перки, термичното съпротивление θ ja на опакованите устройства TO-247 е намалено до 1,5 градуса /W.
Мониторинг на температурата на прехода: Интегрирайте NTC термистор в IGBT модула, за да наблюдавате температурата на прехода на диода в реално-време, като се уверите, че не надвишава номиналната стойност от 150 градуса.
Дизайн на паралелно споделяне на ток: Използвайки една и съща партида устройства паралелно и регулирайки съпротивлението на гейта (Rg), за да синхронизирате формата на вълната на превключвателя, текущият дисбаланс се контролира в рамките на 5%.