Які загальні застосування діодів у домашніх системах зберігання енергії?

1, захист від зворотного з’єднання: створення першої лінії захисту для безпеки системи
Інтерфейс зарядки домашньої системи накопичення енергії має бути сумісним з декількома джерелами живлення (такими як сонячні фотоелектричні панелі, електромережі). Якщо користувач випадково змінить полярність джерела живлення, це може призвести до перегоряння основних компонентів, таких як система керування акумулятором (BMS) і інвертор. Традиційна схема з’єднання проти реверсу використовує механічні реле або МОП-транзистори, але вона має такі недоліки, як низька швидкість відгуку, висока вартість і низька надійність. Діоди Шотткі з їх над-наднизьким падінням прямої напруги (Vf) 0,2-0,5 В і наносекундною швидкістю відгуку стали кращим компонентом для захисту від зворотного ходу.

Візьмемо як приклад багатошарову систему накопичення енергії певної марки, її зарядна схема використовує діод Шотткі MBR1045CT (Vf=0.3V, IFSM=100A). На шляху заряджання акумуляторної батареї ємністю 5,12 кВт·год, навіть якщо вхідна напруга змінюється, діод може швидко відключатися, обмежуючи зворотний струм мікроамперами. У той же час його низькі характеристики втрати провідності призводять до втрати ефективності лише на 0,6% під час нормального заряджання системи. Крім того, деякі високоякісні-системи використовують композитну схему «діод+МОП-трубка», щоб досягти низького{10}}потужного режиму очікування, запобігаючи зворотному підключенню, ще більше оптимізуючи енергоефективність.

2, Випрямлення та стабілізація напруги: досягнення ефективного перетворення форм енергії
Однією з основних функцій побутової системи накопичення енергії є перетворення змінного струму (AC) у постійний (DC) і зберігання його в акумуляторі, а також інвертування постійного струму в змінний струм для побутових навантажень під час розряду. Під час цього процесу випрямний діод і діод стабілізатора напруги працюють разом, щоб забезпечити ефективність і стабільність перетворення енергії.

Схема випрямлення: у вхідному каскаді фотоелектричного інвертора повнохвильова схема випрямлення використовує чотири випрямні діоди 1N4007 (витримує напругу 1000 В, номінальний струм 1 А), щоб перетворити пульсуючий вихід постійного струму від фотоелектричної панелі в плавний постійний струм, забезпечуючи стабільний вхідний сигнал для наступної схеми підвищення постійного струму-постійного струму. Експериментальні дані показують, що інвертор, що використовує цю схему, може досягти ефективності випрямлення 98,5% при роботі на повному навантаженні, що на 1,2% вище, ніж у традиційних мостових схемах випрямляча.
Схема регулятора напруги: у модулі моніторингу напруги BMS проста схема регулятора напруги формується шляхом підключення стабілітрона (наприклад, типу 2CW13, зі значенням регулятора напруги 6 В) послідовно з резистором обмеження струму. Коли напруга батареї коливається через перезарядку або підвищення температури, стабілітрон швидко виходить з ладу та проводить провідність, фіксуючи напругу в безпечному діапазоні та захищаючи ланцюг дискретизації АЦП після високої напруги. Певний експеримент показує, що ця схема може зменшити похибку вибірки напруги BMS з ± 0,5% до ± 0,1%, значно покращуючи точність оцінки SOC батареї.
3. Безперервний потік і рекуперація енергії: оптимізація керування живленням індуктивних навантажень
Індуктивні навантаження (такі як котушки реле, двигуни, електромагнітні клапани тощо) широко присутні в побутових системах накопичення енергії, і зворотна електрорушійна сила, що створюється, коли вони вимкнені, може пошкодити комутаційні компоненти. Діод вільного ходу забезпечує шлях вивільнення енергії для індуктивних навантажень, ефективно пригнічуючи пікову зворотну електрорушійну силу та досягаючи відновлення енергії.

Візьмемо для прикладу схему керування електромагнітним замком інтелектуального дверного замка певної марки. У ній використовується діод Шотткі 1N5819WS (Vf=0.3V, Trr=10ns), з’єднаний паралельно з обох кінців електромагнітного замка. Коли дверний замок вимкнено, діод забезпечує ланцюг вільного ходу для залишкового струму в котушці, пригнічуючи пікову зворотну електрорушійну силу від 120 В до нижче 40 В, захищаючи керуючий МОП-транзистор від пробою. Крім того, у ланцюзі BOOST фотоелектричного інвертора діод вільного ходу (наприклад, MBR20100CT, Vf=0.25V) забезпечує шлях вивільнення для індуктивного накопичення енергії під час періоду вимкнення комутаційної трубки, підвищуючи ефективність перетворення схеми з 92% до 95%.

4, Логічне керування та ізоляція сигналів: підвищення рівня інтелекту системи
З розвитком інтелектуальних та мережевих домашніх систем накопичення енергії роль діодів у логічному управлінні та ізоляції сигналів стає все більш помітною.

Логічне керування: у збалансованій схемі керування BMS діоди можуть побудувати просту логіку «І-воріт». Наприклад, коли напруга кількох елементів батареї перевищує встановлений поріг, відповідний діод проводить провідність, запускаючи схему балансування, щоб уникнути ризику перезаряду. Згідно з експериментальними даними, час відгуку схеми вирівнювання з використанням діодної логіки зменшено на 80% порівняно зі схемою керування MCU, і програмне програмування не потрібно, що значно підвищує надійність.
Ізоляція сигналу: в комунікаційному інтерфейсі системи зберігання енергії (наприклад, шина CAN, RS485) діоди можуть досягти ізоляції між цифровими сигналами та аналоговими сигналами. Наприклад, у схемі зв’язку RS485 фотоелектричного інвертора перемикаючий діод 1N4148 (Trr=4ns) ізолює позитивні та негативні клеми диференціального сигналу, щоб запобігти перешкодам загального режиму, зменшуючи частоту помилок зв’язку з 10 ⁻ ³ до 10 ⁻, забезпечуючи стабільний обмін даними між системою та платформою хмарного моніторингу.