چگونه می توان ظرفیت حمل جریان را از طریق دیودهای موازی بهبود بخشید؟

一، اساس فیزیکی و مزایای فناوری موازی
اصل اصلی اتصال موازی دیود بر اساس مکانیسم انحراف جریان است. در تئوری، هنگامی که N دیود با پارامترهای یکسان به صورت موازی متصل می شوند، ظرفیت حمل جریان کل را می توان به N برابر یک دستگاه افزایش داد. به عنوان مثال، در یک مدار یکسو کننده 50 آمپر، استفاده از سه MUR2020 (جریان نامی 20 آمپر) به صورت موازی از نظر تئوری می تواند به توانایی پردازش جریان 60 آمپر دست یابد. این روش گسترش دارای مزایای قابل توجهی است:

بهینه سازی هزینه: در مقایسه با استفاده از یک دستگاه با جریان بالا، طرح موازی می تواند هزینه ها را با ترکیب دستگاه های استاندارد کاهش دهد. به عنوان مثال، یک پروژه اینورتر فتوولتائیک خاص با موازی کردن چهار دیود SS34 Schottky (جریان نامی 3A) برای جایگزینی یک دستگاه 12A، هزینه ها را تا 40% کاهش می دهد.
طراحی اضافی: سازه های موازی به طور طبیعی تحمل خطا دارند. هنگامی که یک دیود از کار می افتد، اجزای باقی مانده همچنان می توانند عملکرد جزئی را حفظ کنند، و به طور قابل توجهی قابلیت اطمینان سیستم را بهبود می بخشند. پس از اتخاذ یک طرح اتصال موازی برای منبع تغذیه UPS در یک مرکز داده خاص، MTBF (میانگین زمان بین خرابی ها) به 200000 ساعت افزایش یافته است.
اتلاف حرارت ساده شده: جریان در بین چندین دستگاه پراکنده می شود و چگالی گرمای یک نقطه ای را کاهش می دهد که برای ساده سازی طراحی اتلاف گرما مفید است. در یک ماژول شارژ خودروی الکتریکی خاص، طرح موازی سطح سینک حرارتی را 30٪ کاهش می دهد و افزایش دما را در 45 درجه کنترل می کند.
2، چالش های اصلی و مکانیسم های شکست طراحی موازی
اگرچه فناوری موازی دارای مزایای قابل توجهی است، دو موضوع اصلی باید در برنامه های کاربردی مهندسی مورد توجه قرار گیرد:

توزیع ناهموار جریان: به دلیل انحرافات فرآیند ساخت، اختلاف بیش از 0.1 ولت در افت ولتاژ رو به جلو (V_F) حتی برای دیودهای همان مدل وجود دارد. دستگاه هایی با VF پایین تر ترجیحا جریان بیشتری را هدایت و تحمل می کنند که منجر به گرمای بیش از حد موضعی می شود. آزمایش سیستم نظارت رشته فتوولتائیک نشان می دهد که دیودهای موازی با اختلاف VF 0.15 ولت می توانند نسبت توزیع جریان 3: 1 را به دست آورند و افزایش دمای دستگاه های بار بالا 25 درجه بالاتر از مقدار متوسط ​​است.
خطر فرار حرارتی: جریان ناهموار می تواند باعث گرمای بیش از حد موضعی، کاهش بیشتر VF دستگاه و تشکیل یک حلقه بازخورد مثبت شود. در یک مورد منبع تغذیه صنعتی خاص، یک طرح موازی بدون اقدامات اشتراک جریان منجر به خرابی کل ماژول به دلیل گرم شدن بیش از حد و سوختن دیود پس از 2 ساعت کار با بار کامل شد.
3، استراتژی های بهینه سازی و شیوه های مهندسی برای اعتبار سنجی صنعت
برای رسیدگی به مسائل فوق الذکر، صنعت راه حل های بهینه سازی بالغی را توسعه داده است که سه سطح را پوشش می دهد: انتخاب دستگاه، طراحی مدار، و مدیریت حرارتی.

1. انتخاب دستگاه و تطبیق
غربالگری دسته ای یکسان: اولویت باید به انتخاب دستگاه ها از همان دسته تولید و برش ویفر داده شود تا از ثبات بالا در پارامترهایی مانند VF و زمان بازیابی معکوس (t_rr) اطمینان حاصل شود. یک سازنده اینورتر فتوولتائیک خاص، پراکندگی VF را در ± 0.05 ولت غربال و کنترل کرده است.
اولویت دیود شاتکی: در مقایسه با دیودهای اتصال PN معمولی، دیودهای شاتکی VF کمتر (0.3-0.6V) و سازگاری پارامتر بهتری دارند. در سناریوهای ولتاژ پایین و جریان بالا (مانند ماژول های شارژ 12V/20A)، طرح موازی Schottky اثر اشتراک جریان را تا بیش از 50 درصد در مقایسه با دیودهای معمولی بهبود می بخشد.
دستگاه های بسته بندی چند تراشه ای: استفاده از بسته بندی چند تراشه ای که قبلاً تطبیق موازی داخلی را تکمیل کرده است (مانند بسته بندی دوگانه شاتکی)، می تواند طراحی مدار خارجی را ساده کند. پس از استفاده از چنین دستگاه هایی در یک پروژه برق ارتباطی خاص، سطح PCB تا 40٪ کاهش یافت و راندمان مونتاژ 30٪ بهبود یافت.
2. بهینه سازی طراحی مدار
طراحی مقاومت به اشتراک گذاری جریان: مقاومت های مقاومت کوچک (معمولاً 0.1-0.5 Ω) را به صورت سری با هر دیود وصل کنید تا از طریق افت ولتاژ مقاومت به تعادل جریان برسید. هر چه جریان بزرگتر باشد، مقدار مقاومت باید کوچکتر باشد. به عنوان مثال، در یک مدار موازی 100A، انتخاب یک مقاومت به اشتراک گذاری جریان 0.1 Ω می تواند انحراف توزیع جریان را در 5 ± ٪ کنترل کند.
فناوری اشتراک‌گذاری جریان فعال: برای سناریوهای تقاضای{0}دقت بالا، می‌توان یک طرح اشتراک‌گذاری جریان پویا با استفاده از ماسفت‌های موازی اتخاذ کرد. با تشخیص جریان هر شاخه و تنظیم ماسفت بر روی مقاومت در زمان واقعی، می توان به اشتراک گذاری دقیق جریان دست یافت. پس از اتخاذ این طرح، دقت به اشتراک گذاری جریان یک منبع تغذیه سرور خاص به ± 2٪ بهبود یافت و کاهش کارایی به کمتر از 0.5٪ کاهش یافت.
بهینه سازی چیدمان و سیم کشی: از چیدمان متقارن دستگاه های موازی اطمینان حاصل کنید، مسیرهای جریان را کوتاه کنید و تفاوت های اندوکتانس انگلی را کاهش دهید. مشخصات طراحی برای یک ایستگاه شارژ خودروی الکتریکی معین ایجاب می‌کند که اختلاف طول پایه‌های دیود موازی نباید از 0.5 میلی‌متر تجاوز کند تا زنگ ولتاژ تحت سوئیچینگ فرکانس بالا کاهش یابد.
3. تقویت مدیریت حرارتی
بهینه سازی ساختار اتلاف حرارت: موادی مانند صفحات حرارتی یکنواخت و گریس سیلیکونی رسانای حرارتی برای بهبود راندمان هدایت حرارتی استفاده می شود. یک اینورتر فتوولتائیک خاص با قرار دادن صفحه توزیع گرما در زیر دیودهای موازی، یکنواختی افزایش دما را تا 20 درجه بهبود می بخشد.
شبیه سازی حرارتی و تایید: شبیه سازی حرارتی را با استفاده از ابزارهایی مانند ANSYS Icepak برای بهینه سازی اندازه هیت سینک و سرعت فن انجام دهید. یک پروژه برق صنعتی خاص از طریق شبیه سازی هزینه های اتلاف گرما را تا 15 درصد کاهش داد، در حالی که استاندارد تست شوک حرارتی IEC 60068-2-1 را رعایت کرد.
نظارت بر زمان واقعی دما: ترمیستور NTC را روی سطح اجزای کلیدی، همراه با MCU نصب کنید تا به حفاظت در برابر گرمای بیش از حد برسید. منبع تغذیه UPS مرکز داده، زمان پاسخگویی به خطا را از طریق این راه حل به کمتر از 10 میلی ثانیه کاهش داده است.
4، سناریوهای کاربردی معمولی و تجزیه و تحلیل سود
1. یکسوسازی ثانویه اینورتر فتوولتائیک
در یک اینورتر رشته، یکسوسازی ثانویه باید جریان 10-30A را مدیریت کند. پس از اتخاذ طرح موازی دیود شاتکی:

بهبود راندمان: افت هدایت از 11 وات (لوله بازیابی سریع معمولی) به 5 وات (لوله شاتکی) کاهش یافته است که منجر به افزایش 6 درصدی راندمان می شود.
افزایش قابلیت اطمینان: MTBF از 150000 ساعت به 250000 ساعت افزایش یافته است و میزان خرابی سالانه 60٪ کاهش یافته است.
بهینه سازی هزینه: کاهش هزینه BOM برای یک اینورتر واحد
8. محاسبه شده بر اساس تولید سالانه 100000 واحد، صرفه جویی در هزینه سالانه حاصل می شود.
800000.
2. ماژول شارژ خودروی الکتریکی
در یک ایستگاه شارژ AC 7 کیلوواتی، هم مرحله تقویت PFC و هم مرحله یکسو کننده خروجی به دیودهای موازی نیاز دارند:

بهبود چگالی توان: با موازی کردن دیودهای شاتکی کاربید سیلیکون، چگالی توان از 0.5 کیلووات بر لیتر به 0.8 کیلووات بر لیتر افزایش یافته و حجم 37.5 درصد کاهش می یابد.
بهبود عملکرد EMC: زمان بازیابی معکوس از 50 ns (لوله بازیابی فوق سریع) به 0ns (لوله شاتکی) کاهش یافت، نویز EMI 10 دسی بل کاهش یافت.
کاهش هزینه کل چرخه عمر: اگرچه هزینه یک دستگاه منفرد 20% افزایش می یابد، بهبود راندمان سیستم و کاهش هزینه های اتلاف حرارت منجر به کاهش 15% در هزینه کل مالکیت 5 ساله (TCO) می شود.
3. اصلاح فرکانس بالا منبع تغذیه صنعتی
در منبع تغذیه ارتباطی 48 ولت/100 آمپر، یک طرح دیود بازیابی فوق سریع موازی اتخاذ شده است:

کاهش تلفات سوئیچینگ: t-rr از 300 ثانیه به 50 ثانیه کاهش یافت، تلفات سوئیچینگ را 80 درصد کاهش داد و بازده را از 92 درصد به 95 درصد افزایش داد.
سرکوب امواج خروجی: پیک جریان بازیابی معکوس از 5 آمپر به 1 آمپر کاهش می یابد و ولتاژ ریپل خروجی از 200 میلی ولت به 50 میلی ولت کاهش می یابد.
نرخ عبور گواهینامه بهبودیافته: الزامات تست افزایش سرعت IEC 61000-4-5 را برآورده می کند و نرخ عبور اول محصول از 70٪ به 95٪ افزایش یافته است.