Quali sono le applicazioni dei diodi nei sistemi di interruttori automatici intelligenti?

一, Principio tecnico: le caratteristiche principali dei diodi supportano il controllo intelligente
1. La conduttività unidirezionale crea un confine sicuro
Le caratteristiche di conduzione diretta e di interruzione inversa dei diodi li rendono una barriera naturale per isolare le correnti di guasto nei sistemi di interruttori automatici intelligenti. Ad esempio, in un sistema di distribuzione CC, quando si verifica un cortocircuito sul lato carico, il diodo collegato in parallelo all'uscita dell'interruttore può rapidamente invertirsi e interrompersi, impedendo alla corrente di guasto di rifluire verso il lato di alimentazione ed evitando danni alle apparecchiature-di livello superiore. Un certo interruttore automatico intelligente da 10 kV è riuscito a ridurre il tempo di isolamento del guasto di cortocircuito-a meno di 50 μs collegando in parallelo i diodi 10 1N4007 all'estremità dell'alimentatore, che è superiore dell'80% rispetto agli interruttori automatici meccanici tradizionali.

2. La funzionalità di ripristino rapido ottimizza l'efficienza dello switch
I diodi al carburo di silicio (SiC) sono la scelta ideale per scenari di commutazione ad alta-frequenza grazie al tempo di recupero inverso a livello di ns. Nel modulo interruttore a stato solido-degli interruttori automatici intelligenti, i diodi SiC e gli IGBT/MOSFET formano un dispositivo di potenza ibrido in grado di raggiungere una velocità di interruzione di μs. I dati sperimentali mostrano che l'utilizzo del diodo SiC C3D06060A in un inverter da 50 kW riduce le perdite di commutazione del 62% rispetto ai dispositivi basati su silicio- e migliora l'efficienza del sistema al 97,2%.

3. Protezione precisa ottenuta attraverso caratteristiche volt-ampere non lineari
I diodi di soppressione della tensione transitoria (TVS) possono bloccare la sovratensione a un livello di sicurezza in un tempo di ns attraverso l'effetto di rottura a valanga. Nel modulo di protezione da sovratensione dell'interruttore automatico intelligente, il diodo TVS funziona insieme al tubo a scarica di gas per formare un sistema di protezione a tre-livelli: il primo stadio TVS assorbe il 90% dell'energia transitoria, il tubo a scarica di gas del secondo stadio scarica l'energia rimanente e il varistore del terzo stadio fornisce una protezione continua. Dopo aver applicato questa soluzione in un data center, il tasso di guasto delle apparecchiature causato dai fulmini è diminuito del 92%.

2. Scenari applicativi tipici: dalla protezione di base al processo decisionale-intelligente
1. Protezione da sovracorrente e localizzazione dei guasti
Nella fase di campionamento della corrente dell'interruttore intelligente, il ponte raddrizzatore composto da diodi converte il segnale CA in CC per l'analisi FFT da parte del microprocessore. Ad esempio, un certo tipo di interruttore automatico intelligente utilizza lo stack bridge GBJ801 per ottenere il raddrizzamento della corrente trifase. Combinato con l'algoritmo wavelet, può identificare con precisione piccoli sovraccarichi di 0,1 In (corrente nominale), che è 10 volte più sensibile dei tradizionali interruttori termici. Nel frattempo, analizzando i tempi di conduzione del diodo, il sistema può individuare la fase del guasto e ridurre il tempo di localizzazione del guasto da minuti a millisecondi.

2. Ottimizzazione della compatibilità elettromagnetica (EMC).
Il circuito di controllo negli interruttori automatici intelligenti è suscettibile alle interferenze elettromagnetiche (EMI) causate dalle azioni di commutazione. Il circuito di assorbimento RC composto da diodi e condensatori può sopprimere efficacemente i picchi di tensione. Ad esempio, quando l'IGBT è disattivato, il parallelo Rsnap off (10 Ω) e Cj (100nF) possono ridurre il di/dt da 500 A/μ sa 50 A/μ s, riducendo l'intensità della radiazione EMI di 20 dB. Dopo aver applicato questo schema a un determinato inverter fotovoltaico, la percentuale di superamento del test standard IEC 61000-4-5 è aumentata dal 65% al ​​98%.

3. Controllo bidirezionale del flusso di potenza
Nella pila di ricarica intelligente con funzione V2G, la serie di diodi realizza il controllo bidirezionale del flusso di energia tra la rete elettrica e la batteria. In modalità di ricarica, il diodo lato fotovoltaico/rete conduce per caricare la batteria; In modalità di scarica, il diodo lato batteria conduce e fornisce energia alla rete. La pila di ricarica da 10 kW che utilizza diodi SiC ha una fluttuazione di tensione inferiore all'1% durante la commutazione della carica/scarica, che è tre volte più stabile rispetto ai dispositivi basati sul silicio-.

4. Monitoraggio dello stato e autodiagnosi
Gli interruttori automatici intelligenti consentono la gestione dello stato delle apparecchiature monitorando la temperatura di giunzione dei diodi. Ad esempio, l'integrazione di diodi sensibili alla temperatura (TSD) nei moduli di potenza determina una relazione lineare tra caduta di tensione diretta e temperatura di giunzione (Δ Vf/Δ T ≈ -2 mV/grado). Un certo interruttore automatico intelligente da 500 kV ha esteso il ciclo di manutenzione pianificato da 3 a 5 anni raccogliendo dati TSD in tempo reale e combinandoli con la rete neurale LSTM per prevedere la vita del dispositivo, riducendo i costi operativi e di manutenzione del 40%.

3, Direzione dello sviluppo innovativo: integrazione di nuovi materiali e intelligenza
1. Divulgazione di dispositivi a semiconduttore ad ampio gap di banda
I diodi SiC stanno penetrando dai campi ad alta tensione agli scenari di media e bassa tensione. Dopo aver adottato i diodi Schottky SiC in un sistema di distribuzione a 48 V CC, la perdita di conduzione è diminuita da 3,5 W a 0,8 W e l'efficienza del sistema è aumentata di 1,2 punti percentuali. Si prevede che entro il 2026 la quota di mercato dei diodi SiC negli interruttori automatici supererà il 30%.

2. Integrazione del modulo a diodi intelligenti
Integra diodi con sensori e circuiti di pilotaggio per formare un modulo di potenza intelligente (IPM). Ad esempio, il modulo MOSFET CoolSiC lanciato da Infineon ™, con sensori di temperatura e corrente integrati-, può comunicare direttamente con il microprocessore tramite l'interfaccia SPI per ottenere il monitoraggio in tempo reale- dello stato e la regolazione adattiva dei parametri di protezione.

3. Applicazione della tecnologia del gemello digitale
Stabilendo un modello di gemello digitale dei parametri dei diodi, è possibile prevedere le prestazioni del dispositivo in condizioni operative estreme. Il modello di accoppiamento termoelettrico a diodi sviluppato da un certo istituto di ricerca, combinato con algoritmi di apprendimento automatico, può avvisare del rischio che la temperatura di giunzione superi le 72 ore in anticipo, con un tasso di precisione del 95%.