Jaké jsou aplikace diod v systémech inteligentních jističů?

一, Technický princip: Základní charakteristiky diod podporují inteligentní řízení
1. Jednosměrná vodivost vytváří bezpečnou hranici
Dopředné vedení a zpětné vypínací charakteristiky diod z nich činí přirozenou bariéru pro izolaci poruchových proudů v systémech inteligentních vypínačů. Například v stejnosměrném distribučním systému, když dojde ke zkratu na straně zátěže, dioda připojená paralelně k výstupu jističe se může rychle obrátit a vypnout, čímž zabrání zpětnému toku poruchového proudu na stranu napájení a zabrání poškození zařízení vyšší-úrovně. Jistý 10kV inteligentní jistič úspěšně zkrátil dobu izolace zkratové-chyby na méně než 50 μs paralelním 10 1diod N4007 na konci přívodu, což je o 80 % více než u tradičních mechanických jističů.

2. Funkce rychlé obnovy optimalizuje účinnost přepínače
Diody z karbidu křemíku (SiC) jsou ideální volbou pro scénáře vysokofrekvenčního spínání, protože mají reverzní dobu zotavení na úrovni ns. V polovodičovém -spínacím modulu inteligentních jističů tvoří diody SiC a IGBT/MOSFET hybridní napájecí zařízení, které může dosáhnout vypínací rychlosti μs. Experimentální data ukazují, že použití SiC diody C3D06060A v 50kW měniči snižuje spínací ztráty o 62 % ve srovnání se zařízeními na bázi křemíku-a zvyšuje účinnost systému na 97,2 %.

3. Přesná ochrana dosažená prostřednictvím nelineárních voltampérových charakteristik
Diody potlačující přechodné napětí (TVS) mohou pomocí lavinového průrazného efektu srazit přepětí na bezpečnou úroveň za ns času. V modulu přepěťové ochrany inteligentního jističe pracuje dioda TVS ve spojení s plynovou výbojkou a vytváří tří-úrovňový ochranný systém: první stupeň TVS absorbuje 90 % přechodové energie, druhý stupeň výbojky vybije zbývající energii a třetí stupeň varistoru poskytuje nepřetržitou ochranu. Po aplikaci tohoto řešení v datovém centru se poruchovost zařízení způsobená údery blesku snížila o 92 %.

2, Typické scénáře aplikací: od základní ochrany po inteligentní rozhodování-
1. Nadproudová ochrana a místo poruchy
Ve fázi vzorkování proudu inteligentního jističe převádí usměrňovací můstek složený z diod střídavý signál na stejnosměrný pro FFT analýzu mikroprocesorem. Například určitý typ inteligentního jističe používá můstek GBJ801 k dosažení tří-usměrnění proudu. V kombinaci s vlnkovým algoritmem dokáže přesně identifikovat malá přetížení 0,1 In (jmenovitý proud), což je 10krát citlivější než tradiční tepelné jističe. Mezitím může systém pomocí analýzy časování vodivosti diody lokalizovat fázi poruchy a zkrátit dobu lokalizace poruchy z minut na milisekundy.

2. Optimalizace elektromagnetické kompatibility (EMC).
Řídicí obvod v inteligentních jističích je citlivý na elektromagnetické rušení (EMI) způsobené přepínáním. RC absorpční obvod složený z diod a kondenzátorů dokáže účinně potlačit napěťové špičky. Například, když je IGBT vypnuto, paralelní Rsnap off (10 Ω) a Cj (100nF) mohou snížit di/dt z 500A/μs na 50A/μs, čímž se sníží intenzita EMI záření o 20dB. Po aplikaci tohoto schématu na určitý fotovoltaický střídač se úspěšnost standardního testu IEC 61000-4-5 zvýšila z 65 % na 98 %.

3. Obousměrné řízení toku energie
V inteligentní nabíjecí hromadě s funkcí V2G realizuje diodové pole obousměrné řízení toku energie mezi elektrickou sítí a baterií. V režimu nabíjení vede fotovoltaická/síťová boční dioda k nabíjení baterie; V režimu vybíjení vede dioda na straně baterie a dodává energii do sítě. 10kW nabíjecí hromada využívající SiC diody má kolísání napětí menší než 1 % během přepínání nabíjení a vybíjení, což je třikrát stabilnější než zařízení na bázi křemíku-.

4. Monitorování stavu a autodiagnostika
Inteligentní jističe dosahují řízení stavu zařízení monitorováním teploty přechodu diod. Například zabudování teplotně citlivých diod (TSD) do výkonových modulů vede k lineárnímu vztahu mezi poklesem napětí v propustném směru a teplotou přechodu (Δ Vf/Δ T ≈ -2 mV/stupeň). Jistý 500kV inteligentní jistič prodloužil plánovaný cyklus údržby ze 3 let na 5 let sběrem dat TSD v reálném čase a jejich kombinací s neuronovou sítí LSTM pro předpovídání životnosti zařízení, čímž se snížily náklady na provoz a údržbu o 40 %.

3, Inovativní vývojový směr: Integrace nových materiálů a inteligence
1. Popularizace polovodičových součástek s velkou mezerou v pásmu
SiC diody pronikají z vysokonapěťových polí do scénářů středního a nízkého napětí. Po použití SiC Schottkyho diod v distribučním systému 48 V DC se ztráta vedení snížila z 3,5 W na 0,8 W a účinnost systému se zvýšila o 1,2 procentního bodu. Očekává se, že do roku 2026 přesáhne tržní podíl SiC diod v chytrých jističích 30 %.

2. Integrace inteligentního diodového modulu
Integrujte diody se senzory a obvody ovladače a vytvořte inteligentní napájecí modul (IPM). Například CoolSiC spuštěný modulem Infineon ™ MOSFET s vestavěnými-senzory teploty a proudu může přímo komunikovat s mikroprocesorem prostřednictvím rozhraní SPI a dosáhnout tak monitorování stavu v reálném čase- a adaptivní úpravy parametrů ochrany.

3. Aplikace technologie digitálního dvojčete
Vytvořením modelu digitálního dvojčete parametrů diod lze předvídat výkon zařízení za extrémních provozních podmínek. Model diodové termoelektrické vazby vyvinutý jistou výzkumnou institucí v kombinaci s algoritmy strojového učení dokáže varovat před rizikem překročení teploty přechodu 72 hodin předem s přesností 95 %.