হাইব্রিড শক্তি বৈদ্যুতিন সংকেতের মেরু বদল সিস্টেমে ডায়োডগুলি কীভাবে শক্তি প্রবাহকে স্যুইচ করে?

一, প্রযুক্তিগত নীতি: ডায়োডের একমুখী সঞ্চালন এবং দ্রুত পুনরুদ্ধারের বৈশিষ্ট্য
1. একমুখী পরিবাহিতা বৈশিষ্ট্য: বিদ্যুৎ প্রবাহের জন্য একটি "এক-ওয়ে ভালভ" তৈরি করা
একটি ডায়োডের মূল শারীরিক বৈশিষ্ট্য হল একমুখী পরিবাহিতা, যা শুধুমাত্র নোড (A) থেকে ক্যাথোডে (K) কারেন্ট প্রবাহিত হতে দেয় এবং বিপরীত হলে উচ্চ প্রতিবন্ধকতা প্রদর্শন করে। হাইব্রিড শক্তি বৈদ্যুতিন সংকেতের মেরু বদল সিস্টেমে, এই বৈশিষ্ট্য বিভিন্ন শক্তি উৎস বিচ্ছিন্ন এবং শক্তি ব্যাকফ্লো প্রতিরোধ ব্যবহার করা হয়. যেমন:

ফটোভোলটাইক গ্রিড সংযুক্ত দৃশ্য: যখন ফটোভোলটাইক প্যানেলের আউটপুট ভোল্টেজ গ্রিড ভোল্টেজের চেয়ে বেশি হয়, তখন ডায়োড গ্রিডে বৈদ্যুতিক শক্তি সঞ্চালন করে এবং ফিড করে; পাওয়ার গ্রিডের ভোল্টেজ অস্বাভাবিকভাবে বেড়ে গেলে (যেমন ওভারভোল্টেজ), ফটোভোলটাইক সিস্টেমের ক্ষতি এড়াতে ডায়োডটি উল্টে যাবে এবং কেটে যাবে।
এনার্জি স্টোরেজ সিস্টেম চার্জিং এবং ডিসচার্জিং: ব্যাটারি চার্জ করার সময়, ডায়োডগুলি নিশ্চিত করে যে কারেন্ট শুধুমাত্র গ্রিড বা ফটোভোলটাইক সিস্টেম থেকে ব্যাটারিতে প্রবাহিত হয়; ডিসচার্জের সময়, রিভার্স কাটঅফ বৈশিষ্ট্য ব্যাটারি শক্তিকে লক্ষ্যবহির্ভূত লোডে প্রবাহিত হতে বাধা দিতে পারে।
2. দ্রুত পুনরুদ্ধারের বৈশিষ্ট্য: সুইচের ক্ষতি কমানোর চাবিকাঠি
উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি বৈদ্যুতিন সংকেতের মেরু বদল সিস্টেমে, ডায়োডগুলিকে ঘন ঘন পরিবাহী এবং কাটঅফ অবস্থার মধ্যে পরিবর্তন করতে হয়। রিভার্স রিকভারি টাইম (TRR) হল এর কার্যকারিতা পরিমাপের জন্য একটি মূল প্যারামিটার, যা ডায়োড একটি পরিবাহী অবস্থা থেকে কাটঅফ অবস্থায় স্থানান্তরিত হলে সঞ্চিত চার্জ মুক্তির জন্য প্রয়োজনীয় সময়কে নির্দেশ করে। প্রথাগত সিলিকন ডায়োডের TRR সাধারণত কয়েকশো ন্যানোসেকেন্ডের হয়, যখন দ্রুত পুনরুদ্ধার ডায়োডগুলিকে দশ ন্যানোসেকেন্ডে সংক্ষিপ্ত করা যায়, এবং সিলিকন কার্বাইড (SiC) ডায়োডগুলি শূন্য পুনরুদ্ধারের সময়ের কাছাকাছি।

উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি স্যুইচিং লসের অপ্টিমাইজেশন: ইনভার্টারের PWM মডুলেশনে, ডায়োড trr যদি খুব দীর্ঘ হয়, তাহলে এটি স্যুইচিং ট্রানজিস্টরকে (যেমন MOSFET/IGBT) পরিচালনা করার সময় বিপরীত পুনরুদ্ধার কারেন্ট স্পাইকস অনুভব করবে, ক্ষতি বাড়াবে। উদাহরণস্বরূপ, যখন একটি 50kW বৈদ্যুতিন সংকেতের মেরু বদল প্রথাগত সিলিকন ডায়োড ব্যবহার করে, স্যুইচিং ক্ষতি 15% হয়; SiC ডায়োডগুলির সাথে প্রতিস্থাপনের পরে, ক্ষতি 5% এ হ্রাস পেয়েছে এবং কার্যকারিতা 2.3% বৃদ্ধি পেয়েছে।
সিঙ্ক্রোনাস সংশোধন প্রযুক্তি: কম ভোল্টেজ এবং উচ্চ বর্তমান পরিস্থিতিতে (যেমন 48V DC বাস), Schottky ডায়োডগুলি তাদের অতি-লো ফরোয়ার্ড ভোল্টেজ ড্রপ (0.15-0.45V) এবং দ্রুত পুনরুদ্ধারের বৈশিষ্ট্যগুলির কারণে সিঙ্ক্রোনাস সংশোধন সার্কিটের জন্য পছন্দের পছন্দ হয়ে ওঠে, যা 4%-6% ক্ষতি কমায়।
2, অ্যাপ্লিকেশন দৃশ্যকল্প: মাল্টি এনার্জি স্যুইচিংয়ের সাধারণ বাস্তবায়ন
1. ফটোভোলটাইক শক্তি স্টোরেজ গ্রিড তিনটি উৎস সমন্বিত নিয়ন্ত্রণ
ইন্টিগ্রেটেড লাইট স্টোরেজ সিস্টেমে, একাধিক শক্তির উত্সের নমনীয় স্যুইচিং অর্জনের জন্য ডায়োডগুলি সংমিশ্রণে ব্যবহৃত হয়

ইনপুট সংশোধন পর্যায়: ফোটোভোলটাইক ডিসি একটি দ্রুত পুনরুদ্ধার ডায়োড দ্বারা সংশোধন করা হয় এবং ডিসি বাসে শক্তি সঞ্চয় ব্যাটারি আউটপুটের সাথে সমান্তরালভাবে সংযুক্ত করা হয়। ডায়োড ফটোভোলটাইক এবং ব্যাটারিকে বিচ্ছিন্ন করে, ব্যাটারিকে রাতে ফটোভোলটাইক প্যানেলে চার্জ হতে বাধা দেয়।
আউটপুট বৈদ্যুতিন সংকেতের মেরু বদল পর্যায়: DC বাসটিকে একটি বৈদ্যুতিন সংকেতের মেরু বদল সেতুর মাধ্যমে এসি পাওয়ারে রূপান্তরিত করা হয় এবং সমান্তরাল ফ্রিহুইলিং ডায়োডগুলি (যেমন আল্ট্রাফাস্ট রিকভারি ডায়োড) সুইচিং ট্রানজিস্টর বন্ধ করার সময় একটি ফ্রি-হুইলিং পথ প্রদান করে, আকস্মিক পরিবর্তন আনয়ন শক্তির কারণে সৃষ্ট ভোল্টেজ স্পাইক এড়িয়ে যায়।
গ্রিড সংযুক্ত/বন্ধ গ্রিড সুইচিং: যখন পাওয়ার গ্রিড ব্যর্থ হয়, স্ট্যাটিক সুইচ ডায়োডের মাধ্যমে পাওয়ার গ্রিডকে বিচ্ছিন্ন করে এবং সিস্টেমটি গ্রিড মোডে সুইচ করে বন্ধ করে দেয়; পাওয়ার সাপ্লাই পুনরুদ্ধার করার পর, সিঙ্ক্রোনাইজেশন অ্যালগরিদম বৈদ্যুতিন সংকেতের মেরু বদল করার আউটপুট ফেজ সামঞ্জস্য করে ডায়োডকে বিপরীতভাবে পরিচালনা করে, বিজোড় গ্রিড সংযোগ অর্জন করে।
2. বৈদ্যুতিক গাড়ির চার্জিং স্টেশনগুলির দ্বিমুখী শক্তি প্রবাহ
V2G (গাড়ি থেকে গ্রিড) প্রযুক্তিতে, ডায়োডগুলি ব্যাটারি এবং গ্রিডের মধ্যে দ্বিমুখী শক্তি বিনিময় সমর্থন করে:

চার্জিং মোড: ব্যাটারি চার্জ করার জন্য গ্রিড থেকে এসি পাওয়ার রেকটিফায়ার ডায়োডের মাধ্যমে ডিসি পাওয়ারে রূপান্তরিত হয়। এই মুহুর্তে, ডায়োড ব্যাটারি শক্তিকে গ্রিডে প্রবাহিত হতে বাধা দেয়।
ডিসচার্জ মোড: ব্যাটারির সরাসরি কারেন্ট একটি বৈদ্যুতিন সংকেতের মেরু বদল ডায়োডের মাধ্যমে বিকল্প কারেন্টে রূপান্তরিত হয় এবং পাওয়ার গ্রিডে খাওয়ানো হয়। সিলিকন কার্বাইড ডায়োড, তাদের কম TRR বৈশিষ্ট্য সহ, সুইচিং লস 30% এর বেশি কমাতে পারে এবং স্রাব দক্ষতা উন্নত করতে পারে।
দ্বিমুখী DC/DC কন্ট্রোল: BUCK-বুস্ট সার্কিট ব্যাটারি এবং ডিসি বাসের মধ্যে ইন্ডাক্টর কারেন্টের দিক নিয়ন্ত্রণ করে চার্জিং এবং ডিসচার্জিংয়ের মধ্যে পরিবর্তন করে। ডায়োড এই প্রক্রিয়ার সময় দ্বিমুখী শক্তি প্রবাহকে বিচ্ছিন্ন করে, যাতে লক্ষ্যের প্রান্তে শক্তি একমুখীভাবে প্রেরণ করা হয় তা নিশ্চিত করে।
3, নির্বাচন কৌশল: দক্ষতা এবং খরচের ভারসাম্যের শিল্প
1. প্যারামিটার অগ্রাধিকার বাছাই
High frequency scenario: trr>Vf>PIV>খরচ উদাহরণস্বরূপ, 100kHz এর উপরে সুইচিং ফ্রিকোয়েন্সি সহ ইনভার্টারগুলিতে, সিলিকন কার্বাইড ডায়োডগুলি একমাত্র বিকল্প।
Low voltage and high current scenarios: Vf>cost>trr>পিআইভি। একটি 48V DC সিস্টেমে, Schottky ডায়োডগুলি উল্লেখযোগ্যভাবে পরিবাহী ক্ষতি কমাতে পারে।
High reliability scenario: temperature stability>PIV>trr>ভিএফ বৈদ্যুতিক গাড়ির ইনভার্টারগুলিকে নেতিবাচক তাপমাত্রা সহগ সহ ডায়োড নির্বাচন করতে অগ্রাধিকার দেওয়া উচিত (ক্রমবর্ধমান তাপমাত্রার সাথে Vf হ্রাস পায়), যেমন SiC ডিভাইসগুলি।
2. প্যাকেজিং এবং তাপ অপচয় নকশা
কম পাওয়ারের দৃশ্য: PCB স্পেস বাঁচাতে SMA/SMB প্যাকেজিংকে (যেমন SS14 Schottky ডায়োড) অগ্রাধিকার দিন।
উচ্চ ক্ষমতার দৃশ্য: TO-220 বা TO-247 প্যাকেজিং ব্যবহার করে, তাপ সিঙ্ক বা তরল কুলিং সিস্টেমের সাথে মিলিত। উদাহরণস্বরূপ, একটি 100kW ফটোভোলটাইক বৈদ্যুতিন সংকেতের মেরু বদল TO-247 এ প্যাকেজ করা SiC ডায়োড ব্যবহার করে, যেখানে জংশন তাপমাত্রা 125 ডিগ্রির মধ্যে নিয়ন্ত্রিত হয়।
3. খরচ এবং কর্মক্ষমতা ভারসাম্য
সীমিত বাজেটের সাথে পরিস্থিতি: পাওয়ার ফ্রিকোয়েন্সি ইনভার্টারে, 1N4007 সিরিজের সিলিকন ডায়োড (মূল্য প্রায় 0.1 ইউয়ান/ইউনিট) নির্বাচন করা যেতে পারে, তবে কার্যক্ষমতা হ্রাস প্রায় 1%।
উচ্চ কার্যক্ষমতার দৃশ্য: যদিও সিলিকন কার্বাইড ডায়োডের খরচ বেশি (প্রায় 5 ইউয়ান/ইউনিট), তারা 2% এর বেশি দক্ষতা বাড়াতে পারে এবং খরচ পুনরুদ্ধার করতে দীর্ঘ সময়ের জন্য ব্যবহার করা যেতে পারে। উদাহরণস্বরূপ, একটি 1MW ফটোভোলটাইক পাওয়ার স্টেশনে SiC ডিভাইসগুলি গ্রহণ করার পরে, বার্ষিক বিদ্যুত উৎপাদন 210000 kWh বৃদ্ধি পেয়েছে এবং বিনিয়োগ পরিশোধের সময়কাল ছিল মাত্র 1.8 বছর।
4, ব্যবহারিক ক্ষেত্রে: ফোটোভোলটাইক ইনভার্টারের কার্যকারিতা লিপ
একটি 5kW ফটোভোলটাইক বৈদ্যুতিন সংকেতের মেরু বদল মূলত 1N4007 সিলিকন ডায়োড ব্যবহার করে, যার পরিমাপ দক্ষতা 95.3%। নিম্নলিখিত অপ্টিমাইজেশনের মাধ্যমে:

ইনপুট সংশোধন: GBJ801 পাওয়ার ব্রিজ স্ট্যাক (Vf=1.1V, trr=500ns) দিয়ে প্রতিস্থাপিত হয়েছে, কার্যকারিতা 95.8% এ বৃদ্ধি পেয়েছে।
আউটপুট ফ্রিহুইলিং: MUR860 আল্ট্রা ফাস্ট রিকভারি ডায়োড (trr=35ns) ব্যবহার করে, কার্যকারিতা 96.5% এ উন্নত হয়।
DC-DC বুস্ট: C3D06060A সিলিকন কার্বাইড ডায়োড (trr=10ns) প্রবর্তন করা হচ্ছে, কার্যক্ষমতা শেষ পর্যন্ত 97.2% এ পৌঁছেছে।
অর্থনৈতিক বিশ্লেষণ: অপ্টিমাইজেশনের পরে, বার্ষিক বিদ্যুৎ উৎপাদন 4.2% বৃদ্ধি পেয়েছে। প্রতি কিলোওয়াট ঘন্টায় 0.5 ইউয়ান মূল্যে গণনা করা হয়েছে, বার্ষিক আয় 1050 ইউয়ান বৃদ্ধি পেয়েছে; সরঞ্জাম খরচ 800 ইউয়ান দ্বারা বৃদ্ধি পেয়েছে, এবং বিনিয়োগ পরিশোধের সময়কাল শুধুমাত্র 0.8 বছর।