Jaké jsou různé role diod v plně můstkových a polovičních můstkových měničích?

1, Rozdíly v topologii určují základní funkční umístění diod
(1) Minimalistická architektura polomůstkového invertoru a role diodového jádra
Střídač s polovičním můstkem využívá duální spínací strukturu s duální diodou a stejnosměrná strana tvoří dva potenciální body ± Vdc/2 prostřednictvím dělení napětí kondenzátoru. Vezmeme-li jako příklad indukční zátěže, když je spínač horního můstku M1 zapnutý, proudová cesta je Vdc/2 → M1 → zátěž → Vdc/2 a dioda D1 je ve stavu obráceného odpojení. Když je M1 vypnutý, reverzní elektromotorická síla generovaná zátěžovou indukčností tvoří volnoběžný obvod přes D2: zátěž → D2 → Vdc/2, který dosahuje dvou hlavních funkcí:

Napěťová svorka: Omezte napětí, které může spínací trubka odolat, na Vdc/2, aby se zabránilo přepětí;
Energetická zpětná vazba: Poskytuje uvolňovací kanál pro ukládání indukční energie, aby se zabránilo napěťovým špičkám způsobeným náhlými změnami proudu.
Experimentální data ukazují, že v 1kW polomůstkovém invertorovém systému může špičkový volnoběhový proud D2 dosáhnout 1,5násobku jmenovitého zatěžovacího proudu a jeho reverzní doba zotavení musí být řízena do 100ns, aby byla zajištěna účinnost spínání.

(2) Redundantní architektura a rozšíření funkce diody plně můstkového invertoru
Plně můstkový invertor využívá strukturu se čtyřmi spínači a čtyřmi diodami, která dosahuje obrácení polarity výstupního napětí střídavým vedením dvou párů spínačů. Jeho jedinečnost se odráží v:

Bipolární řízení: Díky kombinaci vedení T1-T4 lze na konci zátěže dosáhnout úplného kolísání napětí ± Vdc. Diody D1-D4 vykonávají nejen funkci volnoběhu, ale také tvoří kanál energetické zpětné vazby;
Ochrana proti poruše: Když jsou oba T1 a T4 špatně vedeny, D2-D3 může vytvořit cestu ochrany proti zkratu, aby se zabránilo zkratu DC sběrnice.
Srovnávací testování ukazuje, že špičkové zpětné napětí nesené diodami v celé konstrukci mostu je sníženo o 50 % ve srovnání s konstrukcí polovičního mostu, ale je třeba zvládnout vyšší přechodové proudy (až dvojnásobek zatěžovacího proudu).

2, Dynamická odezva diod v mechanismu energetického managementu
(1) Jednosměrné řízení toku energie polomůstkového střídače
V topologii polovičního můstku tvoří diody jednosměrnou síť pro přenos energie. Vezmeme-li jako příklad aplikaci fotovoltaických mikrostřídačů, když je výkon zátěže menší než příkon, akumulovaná indukční energie je přiváděna zpět do stejnosměrné sběrnice přes D2 a dioda musí splňovat následující požadavky:

Pozitivní úbytek napětí Menší nebo roven 0,5 V (snížení ztráty vedení);
Reverzní obnovovací náboj Qrr Menší nebo rovno 100 nC (snížení ztrát spínačů).
Podle testovacích údajů od určitého výrobce může použití diod s rychlou obnovou (jako je STTH3R06) zvýšit účinnost systému o 2,3 % a snížit nárůst teploty o 15 stupňů.

(2) Obousměrná regulace energie plného můstkového střídače
Celá konstrukce mostu dosahuje komplexnějšího řízení energie prostřednictvím diodové sítě:

Aktivní kleště: V měničích spojených s transformátorem může D1-D4 tvořit klešťový obvod pro omezení napětí spínací trubice v bezpečném rozsahu;
Implementace měkkého spínání: V kombinaci s rezonančními induktory mohou diody vytvářet podmínky spínání nulového napětí. Po přijetí této technologie se spínací ztráta 4kW full bridge invertoru snížila o 65 %.
Je zvláště pozoruhodné, že ve třífázových měničích s plným můstkem musí diody také plnit funkci mezifázové energetické rovnováhy. Když proud určité fáze vede, dioda příslušného můstkového ramena může vést přebytečnou energii k toku do dalších fází, čímž se dosáhne dynamického rozložení výkonu.

3, Diferenciální požadavky strategie řízení na charakteristiky diod
(1) Jednoduché ovládání a přizpůsobení parametrů diod polomůstkového invertoru
Struktura polovičního můstku obvykle využívá bipolární nebo unipolární řízení SPWM a požadavky na diody jsou zaměřeny na statické charakteristiky:

Doba zpětné obnovy trr Menší nebo rovna 50 ns (vhodné pro vysokofrekvenční přepínání{1});
Kapacita přechodu Cj Menší nebo rovna 100pF (snižuje šum spínače).
Podle údajů o výběru určitého projektu automobilového měniče může použití diod s ultrarychlou obnovou (jako je MUR860) snížit elektromagnetické rušení (EMI) o 8 dB.

(2) Komplexní modulace a dynamické přizpůsobení diod v plně můstkových měničích
Celá struktura můstku podporuje pokročilé modulační technologie, jako je zdvojnásobení frekvence SPWM, což klade vyšší dynamické požadavky na diody

Teplotní stabilita: V rozsahu -40 stupňů ~150 stupňů by rychlost změny poklesu tlaku vpřed měla být menší nebo rovna 5 mV / stupeň;
Antilavinová schopnost: Musí odolat lavinové energii nejméně 1,5násobku jmenovitého proudu.
Určitý případ průmyslového pohonu motoru ukazuje, že použití diod z karbidu křemíku (jako je C3D10060E) může zlepšit účinnost systému na 98,2 % a zkrátit dobu mrtvé zóny z 500 ns na 200 ns.

4, Porovnání výkonu v typických aplikačních scénářích
Parametr poloviční můstek střídač plný můstek
Počet diod 2,4
Napěťové napětí Vdc/2 Vdc
Proudové namáhání 1,5násobek zatěžovacího proudu 2násobek zatěžovacího proudu
Nízká složitost řízení (bipolární SPWM) a vysoká (zdvojnásobení frekvence SPWM)
Typická účinnost 92-95% 95-98%
Koeficient nákladů 1.0 1.8