Como funcionam os diodos em sistemas de feedback de energia?

一, Características técnicas dos diodos: a base física para feedback de energia
Um diodo é uma estrutura de junção PN formada por um semicondutor tipo P-e um semicondutor tipo N-e suas principais características incluem:

Condutividade unidirecional: Conduz quando polarizado diretamente (com uma tensão de condução de aproximadamente 0,6-0,7 V para transistores de silício e 0,2-0,5 V para diodos Schottky) e desliga quando polarizado reversamente (com apenas corrente de fuga reversa de nível de microampère presente).
Capacidade de comutação rápida: O tempo de recuperação reversa dos diodos Schottky é próximo de zero, e o tempo de recuperação reversa dos diodos de carboneto de silício (SiC) pode ser reduzido para menos de 10 nanossegundos.
Características de resistência de tensão e corrente: Os diodos de nível industrial podem suportar milhares de volts e ter capacidades de resistência a corrente transitória superiores a centenas de amperes.
Essas características permitem executar três funções principais em sistemas de feedback de energia:

Retificação: O processo inicial de conversão de corrente alternada em corrente contínua para obter feedback energético;
Corrente contínua: Em circuitos de acionamento de motor ou inversores, fornece um caminho de corrente para cargas indutivas para evitar picos de tensão;
Proteção: Isole a tensão reversa para evitar impacto no equipamento do lado da alimentação durante o processo de feedback de energia.
2, Cenários de aplicação típicos: de novos veículos de energia ao armazenamento de energia industrial
1. Novo sistema de recuperação de energia de frenagem de veículos energéticos
Durante o processo de frenagem de veículos elétricos, o motor do cubo da roda muda do modo de condução para o modo de geração, produzindo corrente alternada-trifásica. Neste ponto, a ponte retificadora de diodo (geralmente composta por 6 diodos) converte a energia CA em energia CC, que é então reforçada por um inversor e carregada na bateria de alimentação. A lógica de funcionamento é a seguinte:

Energy management strategy: The brake controller dynamically adjusts the recovery intensity based on the battery SOC (remaining charge). When SOC>80%, cancelam a recuperação de energia; Quando SOC<70%, full power recovery occurs.
Requisitos de seleção de diodo: Use diodos Schottky ou diodos SiC com baixa queda de tensão direta para reduzir perdas de condução. Por exemplo, depois de usar diodos SiC Schottky em um determinado modelo de carro, a eficiência de recuperação da frenagem aumentou 3% e o alcance aumentou 5 quilômetros.
Projeto de gerenciamento térmico: Sob condições de alta corrente, a embalagem do diodo deve adotar uma estrutura TO-247 ou DFN8 × 8 de baixa resistência térmica, combinada com um sistema de refrigeração líquida para garantir uma temperatura de junção menor ou igual a 150 graus.
2. Unidade de feedback de energia para conversores de frequência industriais
Durante a fase de desaceleração de equipamentos como elevadores e guindastes, o motor está em estado de geração e a energia elétrica gerada é realimentada ao capacitor do barramento CC através de uma ponte retificadora de diodo. Se houver excesso de energia, a combinação de IGBT e diodo no IPM (Módulo de Potência Inteligente) é usada para inverter a energia CC em energia CA e alimentá-la de volta à rede. Seus destaques tecnológicos incluem:

Retificação eficiente: usando diodos de recuperação rápida (FRD) ou diodos SiC, o tempo de recuperação reversa é reduzido para 1/10 dos tubos de silício tradicionais e a perda de comutação é reduzida em 70%.
Controle de sincronização da rede: usando a tecnologia-de loop de bloqueio de fase (PLL), a corrente de feedback e a tensão da rede são sincronizadas em frequência e fase, com um fator de potência maior ou igual a 0,99.
Mecanismo de proteção: O diodo TVS (supressão de tensão transitória) fixa picos de tensão para evitar danos ao equipamento causados ​​por quedas de raios ou sobretensão.
3. Conversor bidirecional para usina de armazenamento de energia
No cenário de redução de pico da rede elétrica, o sistema de armazenamento de energia consegue a comutação de descarga de carga por meio de conversores CC/CC bidirecionais. O diodo desempenha um papel duplo neste processo:

Modo de carregamento: Como componente retificador, converte energia CA em energia CC e armazena-a na bateria;
Modo de descarga: Como um diodo de roda livre, ele fornece um caminho de corrente para o circuito inversor para garantir uma saída de energia suave.
Tomando como exemplo um sistema de armazenamento de energia de contêiner de 20 pés, seu BMS (Battery Management System) usa 1600-1800 TVS e diodos Schottky para balanceamento de bateria, proteção contra sobretensão e conexão anti-reversa. Após a adoção dos diodos Trench Schottky, a eficiência do sistema aumentou 0,4% e a economia anual de energia de uma única caixa excedeu 1.000 kWh.