كيف تعمل الثنائيات في أنظمة التغذية المرتدة للطاقة؟

一، الخصائص التقنية للثنائيات: الأساس المادي لتغذية الطاقة
الصمام الثنائي عبارة عن بنية وصلة PN مكونة من شبه موصل من النوع P- وشبه موصل من النوع N-، وتتضمن خصائصه الأساسية ما يلي:

الموصلية أحادية الاتجاه: يتم توصيلها عندما تكون منحازة للأمام (مع جهد توصيل يبلغ حوالي 0.6-0.7 فولت لترانزستورات السيليكون و0.2-0.5 فولت لثنائيات شوتكي)، وتنطفئ عندما تكون منحازة عكسيًا (مع وجود تيار تسرب عكسي لمستوى الميكرو أمبير فقط).
إمكانية التبديل السريع: يقترب وقت الاسترداد العكسي لثنائيات شوتكي من الصفر، ويمكن تقصير وقت الاسترداد العكسي لثنائيات كربيد السيليكون (SiC) إلى أقل من 10 نانو ثانية.
خصائص مقاومة الجهد والتيار: يمكن للثنائيات الصناعية أن تتحمل آلاف الفولتات ولها قدرات مقاومة للتيار العابر تتجاوز مئات الأمبيرات.
تمكنه هذه الخصائص من أداء ثلاث وظائف أساسية في أنظمة التغذية المرتدة للطاقة:

التصحيح: العملية الأولية لتحويل التيار المتردد إلى تيار مباشر لتحقيق التغذية المرتدة للطاقة؛
التيار المستمر: في دوائر المحرك أو الدوائر العاكسة، فإنه يوفر مسارًا حاليًا للأحمال التحريضية لمنع ارتفاع الجهد.
الحماية: عزل الجهد العكسي لمنع التأثير على المعدات الجانبية للطاقة أثناء عملية التغذية المرتدة للطاقة.
2، سيناريوهات التطبيق النموذجية: من مركبات الطاقة الجديدة إلى تخزين الطاقة الصناعية
1. نظام استعادة الطاقة لفرامل مركبات الطاقة الجديدة
أثناء عملية فرملة السيارات الكهربائية، يتحول محرك محور العجلة من وضع القيادة إلى وضع التوليد، مما ينتج تيارًا متناوبًا ثلاثي الطور. عند هذه النقطة، يقوم جسر مقوم الصمام الثنائي (الذي يتكون عادة من 6 صمامات ثنائية) بتحويل طاقة التيار المتردد إلى طاقة تيار مستمر، والتي يتم بعد ذلك تعزيزها بواسطة عاكس وشحنها في بطارية الطاقة. منطق العمل هو كما يلي:

Energy management strategy: The brake controller dynamically adjusts the recovery intensity based on the battery SOC (remaining charge). When SOC>80%، إلغاء استعادة الطاقة؛ عندما شركة نفط الجنوب<70%, full power recovery occurs.
متطلبات اختيار الصمام الثنائي: استخدم ثنائيات شوتكي أو ثنائيات SiC مع انخفاض الجهد الأمامي المنخفض لتقليل فقد التوصيل. على سبيل المثال، بعد استخدام ثنائيات SiC Schottky في طراز سيارة معين، زادت كفاءة استرداد المكابح بنسبة 3% وزاد المدى بمقدار 5 كيلومترات.
تصميم الإدارة الحرارية: في ظل الظروف الحالية العالية، يجب أن تعتمد عبوة الصمام الثنائي على بنية مقاومة حرارية منخفضة TO-247 أو DFN8 × 8، جنبًا إلى جنب مع نظام تبريد سائل لضمان درجة حرارة الوصلة أقل من أو تساوي 150 درجة.
2. وحدة التغذية المرتدة للطاقة لمحولات التردد الصناعية
خلال مرحلة تباطؤ المعدات مثل المصاعد والرافعات، يكون المحرك في حالة توليد، ويتم تغذية الطاقة الكهربائية المولدة مرة أخرى إلى مكثف ناقل التيار المستمر من خلال جسر مقوم الصمام الثنائي. في حالة وجود طاقة زائدة، يتم استخدام مجموعة IGBT والصمام الثنائي في IPM (وحدة الطاقة الذكية) لتحويل طاقة التيار المستمر إلى طاقة تيار متردد وإعادتها إلى الشبكة. وتشمل أبرز معالمها التكنولوجية ما يلي:

تصحيح فعال: باستخدام ثنائيات الاسترداد السريع (FRD) أو ثنائيات SiC، يتم تقصير وقت الاسترداد العكسي إلى 1/10 من أنابيب السيليكون التقليدية، ويتم تقليل فقدان التبديل بنسبة 70%.
التحكم في تزامن الشبكة: باستخدام تقنية الحلقة المقفلة -الطورية (PLL)، تتم مزامنة تيار التغذية المرتدة وجهد الشبكة في التردد والطور، مع عامل طاقة أكبر من أو يساوي 0.99.
آلية الحماية: يعمل الصمام الثنائي TVS (قمع الجهد العابر) على تثبيت طفرات الجهد لمنع تلف المعدات الناتج عن ضربات البرق أو الجهد الزائد.
3. محول ثنائي الاتجاه لمحطة توليد الطاقة لتخزين الطاقة
في سيناريو حلاقة الذروة لشبكة الطاقة، يحقق نظام تخزين الطاقة تحويل تفريغ الشحنة من خلال محولات DC/DC ثنائية الاتجاه. يلعب الصمام الثنائي دورًا مزدوجًا في هذه العملية:

وضع الشحن: كمكون مقوم، فإنه يحول طاقة التيار المتردد إلى طاقة تيار مستمر ويخزنها في البطارية؛
وضع التفريغ: كصمام ثنائي حر، فإنه يوفر مسارًا حاليًا لدائرة العاكس لضمان إخراج طاقة سلس.
لنأخذ نظام تخزين الطاقة بحاوية 20 قدمًا كمثال، يستخدم BMS (نظام إدارة البطارية) 1600-1800 TVS وثنائيات شوتكي لموازنة البطارية، وحماية الجهد الزائد، والاتصال المضاد للعكس. بعد اعتماد صمامات Trench Schottky الثنائية، زادت كفاءة النظام بنسبة 0.4%، وتجاوز توفير الطاقة السنوي لصندوق واحد 1000 كيلووات في الساعة.