نقش های مختلف دیودها در اینورترهای پل کامل و نیم پل چیست؟

1، تفاوت های توپولوژی موقعیت عملکردی اساسی دیودها را تعیین می کند
(1) معماری مینیمالیستی اینورتر نیم پل و نقش هسته دیود
اینورتر نیم پل از ساختار دیود دو سوئیچ دوگانه استفاده می کند و سمت DC دو نقطه پتانسیل ± Vdc/2 را از طریق تقسیم ولتاژ خازن تشکیل می دهد. با در نظر گرفتن بارهای القایی به عنوان مثال، هنگامی که کلید بازوی پل بالایی M1 روشن است، مسیر جریان Vdc/2 → M1 → بار → Vdc/2 است و دیود D1 در حالت قطع معکوس است. هنگامی که M1 خاموش می شود، نیروی الکتروموتور معکوس تولید شده توسط اندوکتانس بار، یک مدار چرخش آزاد را از طریق D2 تشکیل می دهد: بار → D2 → Vdc/2، که دو عملکرد اصلی را انجام می دهد:

گیره ولتاژ: ولتاژی را که لوله کلید می تواند تحمل کند به Vdc/2 محدود کنید تا از خرابی اضافه ولتاژ جلوگیری کنید.
بازخورد انرژی: یک کانال رهاسازی برای ذخیره انرژی القایی برای جلوگیری از افزایش ولتاژ ناشی از تغییرات ناگهانی جریان ارائه می کند.
داده های تجربی نشان می دهد که در یک سیستم اینورتر نیم پل 1 کیلوواتی، اوج جریان چرخش آزاد D2 می تواند به 1.5 برابر جریان بار نامی برسد و زمان بازیابی معکوس آن باید در عرض 100 ثانیه کنترل شود تا از راندمان سوئیچینگ اطمینان حاصل شود.

(2) معماری اضافی و گسترش عملکرد دیود اینورتر پل کامل
اینورتر پل کامل از ساختار چهار سوئیچ چهار دیودی استفاده می کند که از طریق رسانش متناوب دو جفت سوئیچ به معکوس شدن قطبیت ولتاژ خروجی می رسد. منحصر به فرد بودن آن در موارد زیر منعکس می شود:

کنترل دوقطبی: از طریق ترکیب رسانایی T1-T4، می توان یک نوسان ولتاژ کامل ± Vdc در انتهای بار به دست آورد. دیودهای D1-D4 نه تنها عملکرد چرخش آزاد را بر عهده دارند، بلکه یک کانال بازخورد انرژی را نیز تشکیل می دهند.
حفاظت از خطا: هنگامی که T1 و T4 هر دو نادرست هستند، D2{4}}D3 می‌تواند یک مسیر حفاظتی اتصال کوتاه ایجاد کند تا از اتصال کوتاه باس DC جلوگیری کند.
آزمایش مقایسه ای نشان می دهد که اوج ولتاژ معکوس تحمل شده توسط دیودها در ساختار پل کامل 50٪ در مقایسه با سازه نیم پل کاهش می یابد، اما جریان های گذرا بالاتر (تا دو برابر جریان بار) نیاز به کنترل دارند.

2، پاسخ دینامیکی دیودها در مکانیزم مدیریت انرژی
(1) کنترل جریان انرژی یک طرفه اینورتر نیم پل
در توپولوژی نیم پل، دیودها یک شبکه انتقال انرژی یک طرفه را تشکیل می دهند. با در نظر گرفتن کاربرد میکرو اینورترهای فتوولتائیک به عنوان مثال، زمانی که توان بار کمتر از توان ورودی است، ذخیره انرژی القایی از طریق D2 به باس DC بازگردانده می شود و دیود باید شرایط زیر را برآورده کند:

افت ولتاژ مثبت کمتر یا مساوی 0.5 ولت (کاهش تلفات هدایت).
شارژ بازیابی معکوس Qrr کمتر یا مساوی 100nC (کاهش تلفات سوئیچ).
بر اساس داده های آزمایشی از یک سازنده خاص، استفاده از دیودهای بازیابی سریع (مانند STTH3R06) می تواند بازده سیستم را تا 2.3٪ افزایش دهد و افزایش دما را تا 15 درجه کاهش دهد.

(2) تنظیم انرژی دو طرفه اینورتر پل کامل
ساختار پل کامل مدیریت انرژی پیچیده تری را از طریق شبکه دیودی به دست می آورد:

گیره فعال: در اینورترهای جفت شده با ترانسفورماتور، D1-D4 می تواند یک مدار گیره ایجاد کند تا ولتاژ لوله سوئیچ را در محدوده ایمن محدود کند.
اجرای سوئیچینگ نرم: ترکیب با القاگرهای تشدید کننده، دیودها می توانند شرایط سوئیچینگ ولتاژ صفر را ایجاد کنند. پس از استفاده از این فناوری، تلفات سوئیچینگ یک اینورتر پل کامل 4 کیلوواتی تا 65 درصد کاهش یافت.
به ویژه قابل توجه است که در اینورترهای پل کامل سه فاز، دیودها نیز باید عملکرد تعادل انرژی فاز به فاز را انجام دهند. هنگامی که جریان یک فاز خاص منتهی می شود، دیود بازوی پل مربوطه می تواند انرژی اضافی را به سمت فازهای دیگر هدایت کند و به توزیع دینامیکی توان دست یابد.

3، الزامات متفاوت استراتژی کنترل برای ویژگی های دیود
(1) کنترل ساده و تطبیق پارامتر دیود اینورتر نیم پل
ساختار نیم پل معمولاً از کنترل SPWM دو قطبی یا تک قطبی استفاده می کند و الزامات دیودها بر روی ویژگی های استاتیک متمرکز است:

زمان بازیابی معکوس trr کمتر یا مساوی 50 ثانیه (مناسب برای سوئیچینگ فرکانس بالا).
ظرفیت اتصال Cj کمتر یا مساوی 100pF (صدای کلید را کاهش می دهد).
با توجه به داده‌های انتخابی یک پروژه معکوس ماشین خاص، استفاده از دیودهای بازیابی فوق سریع (مانند MUR{0}}) می‌تواند تداخل الکترومغناطیسی (EMI) را تا ۸ دسی‌بل کاهش دهد.

(2) مدولاسیون پیچیده و سازگاری دینامیکی دیودها در اینورترهای پل کامل
ساختار پل کامل از فناوری های مدولاسیون پیشرفته مانند SPWM دوبرابر فرکانس پشتیبانی می کند که الزامات دینامیکی بالاتری را بر دیودها تحمیل می کند.

پایداری دما: در محدوده -40 درجه تا 150 درجه، نرخ تغییر افت فشار رو به جلو باید کمتر یا مساوی 5 میلی ولت / درجه باشد.
قابلیت ضد بهمن: باید انرژی بهمن را حداقل 1.5 برابر جریان نامی تحمل کند.
یک مورد محرک موتور صنعتی خاص نشان می دهد که استفاده از دیودهای کاربید سیلیکون (مانند C3D10060E) می تواند بازده سیستم را تا 98.2٪ بهبود بخشد و زمان منطقه مرده را از 500 ثانیه به 200 ثانیه کوتاه کند.

4، مقایسه عملکرد در سناریوهای کاربردی معمولی
پارامتر نیم پل اینورتر اینورتر پل کامل
تعداد دیودها 2، 4
تنش ولتاژ Vdc/2 Vdc
تنش جریان 1.5 برابر جریان بار 2 برابر جریان بار
پیچیدگی کنترل کم (SPWM دوقطبی) و بالا (SPWM دوبرابر فرکانس)
بازده معمول 92-95% 95-98%
ضریب هزینه 1.0 1.8