Як спроектувати діодну паралельну структуру в резервній енергетичній системі?

一, Вибір пристрою: відповідність параметрів на основі сцени
1. Контроль потужності та дискретності струму
Резервні системи повинні справлятися зі сценаріями відмови одного модуля, а паралельні діоди повинні відповідати таким вимогам:

Резервування номінального струму: номінальний струм однієї трубки має бути більшим або дорівнювати максимальному струму навантаження системи/(кількість паралельних з’єднань x 0,8), із зарезервованим запасом безпеки 20%. Наприклад, у системі 48 В/20 А, де 4 труби з’єднані паралельно, слід вибрати однотрубну модель 30 А або вище.
Постійність прямого падіння напруги: дисперсія Vf діодів Шотткі повинна бути менше або дорівнювати 5%, щоб уникнути дисбалансу розподілу струму, викликаного різницею падіння напруги провідності. У новому корпусі OBC транспортного засобу, що працює на енергії, чотири діоди Шотткі на 30 А з відхиленням Vf ± 0,1 В були з’єднані паралельно, а для досягнення відхилення струму використовувався резистор розподілу струму 0,2 Ом.<± 5% in the entire temperature range.
2. Зворотні характеристики та вимоги до захисту
Запас зворотної витримуваної напруги: VRRM діода має бути більше або дорівнювати 1,5 максимальній системній напрузі. Наприклад, у системі, підключеній до фотоелектричної мережі, напруга холостого ходу сонячної панелі може досягати 1000 В, і потрібно вибрати діоди TVS з VRRM більше або дорівнює 1500 В.
Оптимізація часу зворотного відновлення: ультрашвидкі діоди відновлення з Trr<50ns should be selected for high-frequency switching scenarios. In a power supply case of a certain communication base station, UF4007 diodes (Trr=35ns) were used instead of ordinary rectifiers to reduce reverse recovery losses by 70%.
2, Дизайн топології: балансування надмірності та ізоляції
1. Паралельна архітектура спільного використання струму
Схема пасивного розподілу струму: Балансування струму досягається послідовним підключенням резисторів розподілу струму з низькою індуктивністю 0,1-0,5 Ом. Певний промисловий блок живлення ПЛК має паралельну конструкцію з двома трубками, і резервну гілку можна підключити протягом 10 мкс, якщо основна трубка виходить з ладу. Споживана потужність резистора розподілу струму контролюється в межах 0,5 Вт.
Схема активного розподілу струму: за допомогою мікросхем активного розподілу струму, таких як LTC4370, динамічний розподіл струму досягається шляхом регулювання напруги затвора. У блоку живлення центру обробки даних 4-трубна паралельна система досягла помилки розподілу струму навантаження<± 2% through active current sharing control.
2. Резервна конструкція ізоляції
Надлишкова топологія N+1: основний модуль і резервний модуль ізольовані діодами, щоб гарантувати, що збій одного модуля не вплине на вихід системи. Джерело живлення певного медичного обладнання має резервну конструкцію 3+1, а резервний модуль ізольований від основної схеми за допомогою діодів із часом перемикання при несправності менше 50 мкс.
Рішення для заміни МОП-транзисторів із зворотним зв’язком: у сценаріях, які потребують двонаправленої ізоляції, два N-канальних МОП-транзисторів під’єднують -до-ззаду та об’єднують із мікросхемою керування LTC4416 для досягнення ізоляції з низькими втратами. У корпусі блоку живлення сервера це рішення зменшило падіння напруги провідності з 0,45 В до 0,03 В, що призвело до підвищення ефективності на 12%.
3, Термоуправління: синергія між розсіюванням тепла та надійністю
1. Розрахунок споживаної потужності та проектування тепловиділення
Розрахунок втрат на провідність: P=Vf × Iavg, діоди з низьким Vf мають бути пріоритетними для сценаріїв із високим струмом. Наприклад, при силі струму 12А споживана потужність діода Шотткі 0,45В досягає 5,4Вт, і потрібно встановити радіатор; Діод Шотткі SiC 0,3 В споживає лише 3,6 Вт і може розсіювати тепло природним шляхом.
Контроль термічного опору: використання упаковки з низьким термічним опором (такої як упаковка TO-220 з R θ JA=40 градус /Вт) у поєднанні з теплопровідним силіконовим мастилом для контролю температури з’єднання нижче 125 градусів. У конкретному дослідженні модуля зарядки електромобіля підвищення температури діода було зменшено з 45 градусів до 25 градусів шляхом оптимізації площі мідної фольги друкованої плати (більше або дорівнює 100 мм²/A).
2. Оптимізація компонування та придушення паразитних параметрів
Контроль паразитної індуктивності: при компонуванні друкованої плати довжина маршрутизації контактів діода повинна бути<5mm to avoid the formation of oscillation circuits. In a certain photovoltaic inverter case, by arranging parallel diodes on the same side of the PCB, the parasitic inductance was reduced from 12nH to 2nH, and the reverse recovery overshoot voltage was reduced by 60%.
Конструкція теплової зв’язки: у сценаріях високої щільності потужності використовується загальна конструкція радіатора для забезпечення температурного балансу паралельних діодів. У певному випадку комунікаційного джерела живлення відхилення температури переходу було зменшено з 15 градусів до 5 градусів шляхом встановлення чотирьох діодів щільно до радіатора.
4, Технічна перевірка: замкнутий-цикл від моделювання до фактичного вимірювання
1. Перевірка моделювання
Моделювання моделі SPICE: Створіть модель LTspice для діодних паралельних ланцюгів, щоб перевірити ефект розподілу струму та розподіл тепла. У певному випадку авіаційного джерела живлення за допомогою моделювання було виявлено, що в паралельних діодах був 20% дисбаланс струму. Після оптимізації параметрів опору розподілу струму дисбаланс зменшено до 5%.
Аналіз термічного моделювання: FloTHERM та інші інструменти використовуються для моделювання шляху розсіювання тепла та оптимізації структури радіатора. У конкретному дослідженні джерела живлення залізничного транспорту висоту ребер радіатора було відрегульовано з 15 мм до 20 мм за допомогою моделювання, зменшивши максимальну температуру з’єднання зі 130 градусів до 115 градусів.
2. Перевірка надійності
Тестування HALT: Перевірте проектні межі за допомогою тестування на термін служби з високим прискоренням. У випадку військового джерела живлення діодна паралельна структура не вийшла з ладу після 1000 циклів зміни температури від -40 градусів до +125 градусів.
Перевірка електромагнітної сумісності: перевірте, чи шум, створюваний зворотним відновленням діода, відповідає стандарту. У дослідженні джерела живлення медичного пристрою конденсатор ємністю 100 пФ було підключено паралельно до діода, щоб зменшити випромінювані перешкоди з 45 дБ мкВ до 35 дБ мкВ.
5, Типові випадки застосування
1. Резервне джерело живлення базових станцій зв'язку
Використання 4 паралельних джерел живлення 20 А, кожен ізольований діодами Шотткі SR1660 (16 А/60 В). Реалізуйте високу надійність завдяки наступній конструкції:

Вибір резистора розподілу струму: цементний резистор 0,3 Ом/5 Вт, гарантуючи, що струм однієї трубки не перевищує 15 А
Конструкція розсіювання тепла: площа радіатора більше або дорівнює 200 см², температура з’єднання<110 ℃ under natural heat dissipation conditions
Функція захисту: діод TVS (18В/1кВт) пригнічує стрибки напруги, варистор (150В) запобігає перенапрузі
2. Модуль зарядки для автомобілів на новій енергії
Заміна традиційних діодів на SiC MOSFET для досягнення резервування з низькими втратами:

Топологія: спина-до-задня частина C2M0080120D SiC MOSFET (1200 В/80 м Ом)
Схема управління: драйвер LTC4416, з падінням напруги провідності всього 0,1 В
Підвищення ефективності: порівняно з рішеннями на діодах Шотткі ефективність системи зросла з 92% до 96%