Що таке діод швидкого відновлення? Які енергетичні пристрої придатні для використання в?

1, Технічна сутність діодів швидкого відновлення
Структурні інновації: фізичні переваги структури PIN
Традиційні випрямні діоди використовують структуру PN-переходу, і під час процесу зворотного відновлення носіям, що зберігаються в області виснаження, потрібен тривалий час для рекомбінації, в результаті чого час зворотного відновлення становить мікросекунди. Діоди зі швидким відновленням утворюють структуру PIN, вставляючи власний шар I між кремнієвими шарами типів P- і N-. Ця конструкція розширює ширину області виснаження до рівня мікрометра, значно зменшуючи обсяг зберігання носія. Візьмемо як приклад карбідокремнієвий діод CREE серії C3D зі швидким відновленням, його структура PIN скорочує час зворотного відновлення до менш ніж 10 наносекунд, що на два порядки більше, ніж у традиційних кремнієвих -пристроях.

Технологічний прорив: технологія керування композитним центром
Шляхом іонної імплантації домішок важких металів, таких як золото і платина, або за допомогою технології електронного опромінення центри рекомбінації глибокого рівня вводяться в решітку кремнію. Ці центри рекомбінації діють як «пастки носіїв», прискорюючи процес рекомбінації неосновних носіїв. Експериментальні дані показують, що заряд зворотного відновлення Qrr діодів FR107, легованих золотом, зменшується на 75% порівняно з нелегованими пристроями, а час зворотного відновлення скорочується з 2 мікросекунд до 500 наносекунд.

Інновації в матеріалах: розвиток широкозонних напівпровідників
Застосування напівпровідникових матеріалів третього-покоління, таких як карбід кремнію (SiC) і нітрид галію (GaN), ще більше подолало фізичні межі пристроїв на основі-кремнію. Ширина забороненої зони матеріалу SiC становить 3,2 еВ, що втричі більше, ніж у кремнію. Його висока критична напруженість поля пробою (3 МВ/см) дозволяє пристрою досягти вищого опору напрузі та тоншого дрейфового шару. CoolSiC, запущений компанією Infineon ™ Діод серії 1200 В зі швидким відновленням має час зворотного відновлення лише 35 наносекунд при температурі переходу 25 градусів і має позитивну температурну характеристику, що дозволяє легко розширювати паралельно.

2. Основні сценарії застосування в енергетичному обладнанні
Фотоелектричний інвертор: революція ефективності від постійного до змінного струму
У струнних фотоелектричних інверторах діоди зі швидким відновленням відіграють вирішальну роль у перетворенні постійного-змінного струму. Візьмемо як приклад інвертор Huawei SUN2000-50KTL-H1, його схема підсилення Boost використовує діод надшвидкого відновлення MUR1680CT (trr=80ns), який може зменшити втрати на комутацію на 40% під час відстеження MPPT. Особливо в умовах невеликого навантаження характеристика м’якого відновлення ефективно пригнічує стрибки напруги, підвищуючи ККД системи до 98,7%.

Купа зарядки електромобілів: прорив у ефективності високочастотного випрямлення
Станція Tesla V3 Supercharging Station використовує платформу високої напруги 900 В, а діод швидкого відновлення STTH1206DI 600 В, який використовується в її схемі PFC, контролюється протягом 120 наносекунд шляхом оптимізації градієнта концентрації легування. При зарядній потужності 350 кВт цей пристрій досягає ККД модуля випрямляча 99,2%, що на 1,5 відсотка вище, ніж у традиційних кремнієвих випрямлячів. Це може заощадити понад 20 000 юанів на рахунках за електроенергію на одній зарядній станції на рік.

Промислове джерело живлення: високо{0}}частотне перетворення енергії
У високочастотному промисловому джерелі живлення серії Emerson CT швидковідновлюваний карбідокремнієвий діод TDAF30A65 650V використовується в антипаралельному зв’язку з IGBT для створення ефективної схеми вільного ходу. Його характеристика нульового зворотного струму відновлення збільшує частоту перемикання до 200 кГц і досягає щільності потужності 5 кВт/дюйм³. У системі живлення верстата лазерного різання цей пристрій знижує вихідну пульсаційну напругу до рівня нижче 0,5%, значно підвищуючи точність обробки.

Система зберігання енергії: оптимізація ефективності двонаправленого перетворювача
Діод із надшвидким відновленням BYV26E, який використовується в системі накопичення енергії CATL, забезпечує ефективний потік енергії в двонаправлених перетворювачах DC-DC. Його унікальна структура короткого замикання анода дозволяє досягати коефіцієнта м’якості зворотного відновлення (S=tr/tf) до 0,3. Під час процесу перемикання заряджання та розряджання батареї перевищення напруги контролюється в межах 5%, подовжуючи термін служби батареї.

3. Основні міркування щодо вибору та дизайну
Золоте правило відповідності параметрів
Запас напруги: фактична робоча напруга має бути нижчою за 70% від номінальної зворотної повторюваної пікової напруги VRRM пристрою. Наприклад, у фотоелектричній системі 1000 В потрібно вибрати пристрої з VRRM більше або рівним 1200 В.
Зниження номіналу струму: середній прямий струм IF (AV) слід вибирати на основі 1,5-кратного фактичного робочого струму, а піковий прямий стрибок струму IFSM має витримувати більш ніж у 2 рази максимальний струм короткого замикання системи.
Баланс втрат: у програмах вище 20 кГц необхідно всебічно оцінити втрати прямої провідності (Pon=VF × IF) і втрати зворотного відновлення (Psw off=Vr × Irrm × trr × fsw/2), а також визначити пріоритетність вибору пристроїв надшвидкого відновлення з Qrr<50nC.
Системна інженерія теплового менеджменту
Оптимізація шляху розсіювання тепла: застосовуючи керамічну підкладку DBC і структуру розсіювання тепла з мідного голчастого ребра, термічний опір θ ja пристроїв у комплекті TO-247 зменшено до 1,5 градуса/Вт.
Контроль температури з’єднання: інтегруйте термістор NTC у модуль IGBT, щоб контролювати температуру з’єднання діода в режимі-часу, гарантуючи, що вона не перевищує номінальне значення 150 градусів.
Конструкція паралельного розподілу струму: використовуючи ту саму партію пристроїв паралельно та регулюючи опір затвора (Rg) для синхронізації форми сигналу перемикача, дисбаланс струму контролюється в межах 5%.