Quais são as aplicações dos diodos em sistemas de disjuntores inteligentes?

一, Princípio técnico: As principais características dos diodos suportam controle inteligente
1. A condutividade unidirecional cria um limite seguro
As características de condução direta e corte reverso dos diodos os tornam uma barreira natural para isolar correntes de falta em sistemas de disjuntores inteligentes. Por exemplo, em um sistema de distribuição CC, quando ocorre um curto-circuito no lado da carga, o diodo conectado em paralelo à saída do disjuntor pode reverter e desligar rapidamente, evitando que a corrente de falha retorne ao lado da fonte de alimentação e evitando danos a equipamentos-de nível superior. Um determinado disjuntor inteligente de 10kV reduziu com sucesso o tempo de isolamento de falha de curto-circuito para menos de 50 μs colocando em paralelo os diodos 10 1N4007 na extremidade do alimentador, o que é 80% maior que os disjuntores mecânicos tradicionais.

2. O recurso de recuperação rápida otimiza a eficiência do switch
Os diodos de carboneto de silício (SiC) são a escolha ideal para cenários de comutação de alta-frequência devido ao tempo de recuperação reversa de nível ns. No módulo de chave de estado-sólido de disjuntores inteligentes, diodos SiC e IGBT/MOSFETs formam um dispositivo de energia híbrido que pode atingir uma velocidade de interrupção de μ s. Dados experimentais mostram que o uso do diodo SiC C3D06060A em um inversor de 50kW reduz as perdas de comutação em 62% em comparação com dispositivos baseados em silício-e melhora a eficiência do sistema para 97,2%.

3. Proteção precisa obtida por meio de características não lineares de volt-ampere
Diodos de supressão de tensão transitória (TVS) podem fixar a sobretensão a um nível seguro em tempo ns por meio do efeito de quebra de avalanche. No módulo de proteção contra surtos do disjuntor inteligente, o diodo TVS funciona em conjunto com o tubo de descarga de gás para formar um sistema de proteção de três níveis: o TVS do primeiro estágio absorve 90% da energia transitória, o tubo de descarga de gás do segundo estágio descarrega a energia restante e o varistor do terceiro estágio fornece proteção contínua. Após a aplicação desta solução num data center, a taxa de falhas de equipamentos causadas por descargas atmosféricas diminuiu 92%.

2, Cenários típicos de aplicação: da proteção básica à tomada de decisões-inteligente
1. Proteção contra sobrecorrente e localização de falhas
Na etapa de amostragem de corrente do disjuntor inteligente, a ponte retificadora composta por diodos converte o sinal CA em CC para análise FFT pelo microprocessador. Por exemplo, um determinado tipo de disjuntor inteligente usa a pilha de pontes GBJ801 para obter retificação de corrente trifásica. Combinado com o algoritmo wavelet, ele pode identificar com precisão pequenas sobrecargas de 0,1In (corrente nominal), que é 10 vezes mais sensível que os disjuntores térmicos tradicionais. Enquanto isso, analisando o tempo de condução do diodo, o sistema pode localizar a fase da falta e reduzir o tempo de localização da falta de minutos para milissegundos.

2. Otimização da compatibilidade eletromagnética (EMC)
O circuito de controle em disjuntores inteligentes é suscetível a interferência eletromagnética (EMI) causada por ações de comutação. O circuito de absorção RC composto por diodos e capacitores pode suprimir efetivamente picos de tensão. Por exemplo, quando o IGBT está desligado, Rsnap paralelo desligado (10 Ω) e Cj (100nF) podem reduzir di/dt de 500A/μ s para 50A/μ s, reduzindo a intensidade da radiação EMI em 20dB. Depois de aplicar este esquema a um determinado inversor fotovoltaico, a taxa de aprovação no teste padrão IEC 61000-4-5 aumentou de 65% para 98%.

3. Controle de fluxo de energia bidirecional
Na pilha de carregamento inteligente com função V2G, o conjunto de diodos realiza o controle bidirecional do fluxo de energia entre a rede elétrica e a bateria. No modo de carregamento, o diodo fotovoltaico/do lado da rede conduz para carregar a bateria; No modo de descarga, o diodo do lado da bateria conduz e fornece energia à rede. A pilha de carregamento de 10kW usando diodos SiC tem uma flutuação de tensão inferior a 1% durante a comutação de descarga de carga, o que é três vezes mais estável que os dispositivos baseados em silício.

4. Monitoramento de status e autodiagnóstico
Disjuntores inteligentes realizam o gerenciamento da integridade do equipamento monitorando a temperatura da junção dos diodos. Por exemplo, a incorporação de diodos sensíveis à temperatura (TSDs) em módulos de potência resulta em uma relação linear entre a queda de tensão direta e a temperatura da junção (Δ Vf/Δ T ≈ -2mV/ grau). Um determinado disjuntor inteligente de 500kV estendeu o ciclo de manutenção planejado de 3 para 5 anos, coletando dados TSD em tempo real e combinando-os com a rede neural LSTM para prever a vida útil do dispositivo, reduzindo os custos de operação e manutenção em 40%.

3, Direção de Desenvolvimento Inovador: Integração de Novos Materiais e Inteligência
1. Popularização de dispositivos semicondutores de banda larga
Os diodos SiC estão penetrando desde campos de alta tensão até cenários de média e baixa tensão. Após a adoção de diodos SiC Schottky em um sistema de distribuição de 48 Vcc, a perda de condução diminuiu de 3,5 W para 0,8 W e a eficiência do sistema aumentou 1,2 pontos percentuais. Espera-se que até 2026 a participação de mercado dos diodos SiC em disjuntores inteligentes ultrapasse 30%.

2. Integração de módulo de diodo inteligente
Integre diodos com sensores e circuitos de driver para formar um Módulo de Potência Inteligente (IPM). Por exemplo, o CoolSiC lançado pelo módulo MOSFET da Infineon ™, com sensores-incorporados de temperatura e corrente, pode se comunicar diretamente com o microprocessador por meio da interface SPI para obter monitoramento-de status em tempo real e ajuste adaptativo dos parâmetros de proteção.

3. Aplicação da tecnologia de gêmeo digital
Ao estabelecer um modelo gêmeo digital de parâmetros de diodo, o desempenho do dispositivo sob condições operacionais extremas pode ser previsto. O modelo de acoplamento termoelétrico de diodo desenvolvido por uma determinada instituição de pesquisa, aliado a algoritmos de aprendizado de máquina, pode alertar sobre o risco de temperatura de junção ultrapassar 72 horas de antecedência, com taxa de precisão de 95%.