Kuidas projekteerida dioodi paralleelstruktuuri koondatud energiasüsteemis?

一, Seadme valik: stseenipõhine parameetrite sobitamine
1. Vooluvõimsuse ja diskreetsuse juhtimine
Üleliigsed süsteemid peavad hakkama saama ühe mooduli rikkestsenaariumitega ja paralleelsed dioodid peavad vastama järgmistele nõuetele:

Nimivoolu redundantsus: ühe toru nimivool peaks olema suurem või võrdne süsteemi maksimaalse koormusvooluga/(paralleelühenduste arv x 0,8), reserveeritud 20% ohutusvaru. Näiteks 48V/20A süsteemis, kus paralleelselt on ühendatud 4 toru, tuleks valida 30A või suurem ühetorumudel.
Pöördepinge languse konsistents: Schottky dioodide Vf dispersioon peaks olema alla 5% või sellega võrdne, et vältida juhtivuse pingelanguse erinevustest põhjustatud voolujaotuse tasakaalustamatust. Uues energiasõiduki OBC korpuses ühendati paralleelselt neli 30A Schottky dioodi, mille Vf kõrvalekalle oli ± 0,1 V, ja 0,2 Ω voolujagamistakistit kasutati vooluhälbe saavutamiseks.<± 5% in the entire temperature range.
2. Tagurpidi omadused ja kaitsenõuded
Vastupidavuse pingevaru: diood VRRM peab olema süsteemi maksimaalsest pingest 1,5-kordne või sellega võrdne. Näiteks fotogalvaanilise võrguga ühendatud süsteemis võib päikesepaneeli avatud ahela pinge ulatuda 1000 V-ni ja valida tuleb TVS-dioodid, mille VRRM on suurem või võrdne 1500 V.
Taastumise aja vastupidine optimeerimine: ülikiired taastumisdioodid koos Trr-iga<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, topoloogia disain: koondamise ja isolatsiooni tasakaalustamine
1. Paralleelvoolu jagamise arhitektuur
Passiivvoolu jagamise skeem: Voolu tasakaalustamine saavutatakse 0,1-0,5 Ω madala induktiivsusega voolujagamistakistite jadamisi ühendamisega. Teatud tööstuslikul PLC-toiteallikal on kahe toruga paralleelne konstruktsioon ja varuharu saab ühendada 10 μs jooksul, kui põhitoru ebaõnnestub. Voolu jagamise takisti energiatarbimist juhitakse 0,5 W piires.
Aktiivse voolu jagamise skeem: kasutades aktiivseid voolu jagamise kiipe, nagu LTC4370, saavutatakse dünaamiline voolujaotus paisu pinge reguleerimisega. Andmekeskuse toiteallika puhul saavutas 4-toruline paralleelsüsteem koormusvoolu jaotusvea<± 2% through active current sharing control.
2. Üleliigse isolatsiooni disain
N+1 üleliigne topoloogia: põhimoodul ja varumoodul on dioodidega isoleeritud, et tagada, et ühe mooduli rike ei mõjutaks süsteemi väljundit. Teatud meditsiiniseadmete toiteallikas on 3+1 liiasus ja varumoodul on dioodide kaudu põhiahelast isoleeritud, tõrke lülitusaeg on alla 50 μs.
Tagakülgede MOSFET-i asenduslahendus: stsenaariumide korral, mis nõuavad kahesuunalist isolatsiooni, ühendatakse kaks N-kanaliga MOSFET-i tagasi-taga-taga ja kombineeritakse LTC4416 juhtkiibiga, et saavutada väike kadu. Serveri toiteallika puhul vähendas see lahendus juhtivuspinge langust 0,45 V-lt 0,03 V-le, mille tulemusel suurenes efektiivsus 12%.
3, soojusjuhtimine: soojuse hajumise ja töökindluse vaheline sünergia
1. Elektritarbimise arvutamine ja soojuse hajumise projekt
Juhtivuskao arvutamine: P=Vf × Iavg, madala Vf dioodid tuleks eelistada suure voolu stsenaariumide puhul. Näiteks 12A voolu korral jõuab 0,45 V Schottky dioodi voolutarve 5,4 W-ni ja tuleb paigaldada jahutusradiaator; 0,3 V SiC Schottky dioodi energiatarve on vaid 3,6 W ja see suudab soojust loomulikult hajutada.
Soojustakistuse kontroll: madala soojustakistusega pakendi kasutamine (nt TO-220 pakend R θ JA=40 kraadi /W) koos soojust juhtiva silikoonmäärdega, et kontrollida ristmiku temperatuuri alla 125 kraadi. Elektrisõiduki laadimismooduli juhtumiuuringus vähendati dioodi temperatuuri tõusu 45 kraadilt 25 kraadile, optimeerides PCB vaskfooliumi pindala (suurem või võrdne 100 mm ²/A).
2. Paigutuse optimeerimine ja parasiitparameetrite mahasurumine
Parasiitilise induktiivsuse juhtimine: PCB paigutuse korral peaks dioodi kontaktide marsruutimise pikkus olema<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%.
Termilise sidumise konstruktsioon: suure võimsustihedusega stsenaariumide korral kasutatakse paralleelsete dioodide temperatuuritasakaalu tagamiseks tavalist jahutusradiaatorit. Teatud sidetoiteallika puhul vähendati ristmiku temperatuuri hälvet 15 kraadilt 5 kraadini, paigaldades neli dioodi tihedalt vastu jahutusradiaatorit.
4. Tehniline kinnitus: suletud-ahel simulatsioonist tegeliku mõõtmiseni
1. Simulatsiooni kontrollimine
SPICE mudeli simulatsioon: looge LTspice mudel dioodide paralleelahelate jaoks, et kontrollida voolu jagamise efekti ja soojusjaotust. Teatud lennunduse toiteallika puhul leiti simulatsiooni teel, et paralleeldioodides oli 20% voolu tasakaalustamatus. Pärast voolu jagamise takistuse parameetrite optimeerimist vähendati tasakaalustamatust 5% -ni.
Soojussimulatsiooni analüüs: FloTHERMi ja teisi tööriistu kasutatakse soojuse hajumise tee simuleerimiseks ja jahutusradiaatori struktuuri optimeerimiseks. Raudteetransiidi toiteallika juhtumiuuringus reguleeriti jahutusradiaatori ribide kõrgust simulatsiooni abil 15 mm-lt 20 mm-le, vähendades ristmiku maksimaalset temperatuuri 130 kraadilt 115 kraadini.
2. Töökindluse testimine
HALT-testimine: kontrollige konstruktsiooni piire suure kiirenduse eluea testimise abil. Sõjaväe toiteallika puhul ei tõrjunud dioodi paralleelstruktuur pärast 1000 temperatuuritsüklit -40 kraadist +125 kraadini.
EMC-testimine: kontrollige, kas dioodi pöördtaastuse tekitatud müra vastab standardile. Meditsiiniseadme toiteallika juhtumiuuringus ühendati dioodiga paralleelselt 100 pF kondensaator, et vähendada kiirgushäireid 45 dB μ V-lt 35 dB μ V-le.
5, tüüpilised rakendusjuhud
1. Side tugijaamade üleliigne toiteallikas
Kasutades 4 paralleelset 20A toiteallikat, millest igaüks on isoleeritud SR1660 Schottky dioodidega (16A/60V). Järgmiste disainilahenduste abil saate saavutada suure töökindluse:

Voolu jagamise takisti valik: 0,3 Ω/5W tsemenditakisti, tagades, et ühe toru vool ei ületa 15A
Soojuse hajumise disain: jahutusradiaatori pindala on suurem või võrdne 200 cm², ühenduskoha temperatuur<110 ℃ under natural heat dissipation conditions
Kaitsefunktsioon: TVS diood (18V/1kW) summutab liigpingeid, varistor (150V) hoiab ära ülepinge
2. Uute energiasõidukite laadimismoodul
Traditsiooniliste dioodide asendamine SiC MOSFETidega, et saavutada madala kadudega liiasus:

Topoloogia: tagant-taga-tagasi C2M0080120D SiC MOSFET (1200V/80m Ω)
Juhtskeem: LTC4416 draiver, juhtivuspinge langusega ainult 0,1 V
Tõhususe paranemine: võrreldes Schottky dioodilahendustega on süsteemi efektiivsus tõusnud 92%-lt 96%-le