ইনভার্টার ব্রিজ সার্কিটে ডায়োডের কাজ কী?

一, ব্রিজ সার্কিট টপোলজি: ডায়োড দ্বারা নির্মিত শক্তি চ্যানেল
ব্রিজ সার্কিটে চারটি সুইচিং ডিভাইস (যেমন IGBT, MOSFET) এবং চারটি ডায়োড থাকে, যা একটি প্রতিসম "H" - আকৃতির কাঠামো তৈরি করে। স্যুইচিং ডিভাইসের ধরন অনুসারে, এটি সম্পূর্ণ নিয়ন্ত্রিত ব্রিজ সার্কিট (যেমন আইজিবিটি সেতু) এবং আধা নিয়ন্ত্রিত সেতু সার্কিট (যেমন থাইরিস্টর ব্রিজ) এ বিভক্ত করা যেতে পারে, তবে ধরন নির্বিশেষে ডায়োডগুলি একটি গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে।

সম্পূর্ণ ব্রিজ টপোলজিতে ডায়োড কনফিগারেশন
একটি সম্পূর্ণ নিয়ন্ত্রিত ফুল ব্রিজ ইনভার্টারে, প্রতিটি সুইচিং ডিভাইস (যেমন আইজিবিটি) একটি ডায়োডের সাথে বিপরীত সমান্তরালে সংযুক্ত থাকে। উদাহরণস্বরূপ, চারটি N-চ্যানেল MOSFET-এর সমন্বয়ে গঠিত একটি H-ব্রিজে, ডায়োড D1-D4 Q1-Q4 এর সাথে বিপরীত সমান্তরালে সংযুক্ত থাকে, দ্বিমুখী কারেন্ট চ্যানেল তৈরি করে। যখন Q1 এবং Q4 পরিবাহী হয়, তখন DC পাশের ধনাত্মক মেরু থেকে কারেন্ট প্রবাহিত হয় Q1, লোড এবং Q4 হয়ে ঋণাত্মক মেরুতে ফিরে আসে; যখন Q1 বন্ধ করা হয় এবং Q2 চালু থাকে, তখন ভোল্টেজ স্পাইক এড়াতে লোড কারেন্ট D2 এর মধ্য দিয়ে প্রবাহিত হয়।
হাফ ব্রিজ টপোলজিতে ডায়োডের ভূমিকা
একটি হাফ ব্রিজ সার্কিটে দুটি সুইচিং ডিভাইস এবং দুটি ক্যাপাসিটর থাকে, ডায়োডগুলি প্রধানত এই পরিস্থিতিতে ক্ল্যাম্পিংয়ের জন্য ব্যবহৃত হয়। উদাহরণস্বরূপ, ফটোভোলটাইক ইনভার্টারে, অর্ধ ব্রিজ টপোলজি ডিসি সাইড ভোল্টেজকে ডায়োডের মাধ্যমে একটি নিরাপদ সীমার মধ্যে আটকে দেয় যাতে ওভারভোল্টেজের কারণে স্যুইচিং ডিভাইসগুলির ক্ষতি রোধ করা যায়।
2, একটি ডায়োডের মূল কাজ: ফ্রিহুইলিং থেকে শক্তি প্রতিক্রিয়া পর্যন্ত
1. ক্রমাগত বর্তমান সুরক্ষা: প্রবর্তক লোডের পিছনের ইলেক্ট্রোমোটিভ বলকে দমন করে
যখন বৈদ্যুতিন সংকেতের মেরু বদল ইন্ডাকটিভ লোড চালায় (যেমন মোটর এবং ট্রান্সফরমার), তখন লোড কারেন্ট ভোল্টেজ পরিবর্তনের পিছনে থাকে। যে মুহুর্তে স্যুইচিং ডিভাইসটি বন্ধ থাকে, লোড ম্যাগনেটিক ফিল্ডের শক্তি পিছনের ইলেক্ট্রোমোটিভ ফোর্স (EMF) এর মাধ্যমে একটি উচ্চ ভোল্টেজ পিক তৈরি করবে, যা সুইচিং ডিভাইসটিকে ভেঙে ফেলতে পারে। এই মুহুর্তে, বিপরীত সমান্তরাল ডায়োডগুলি লোড কারেন্টের জন্য একটি মুক্ত চাকার পথ প্রদান করে, একটি নিরাপদ ভোল্টেজ পরিসরের মধ্যে পিছনের ইলেক্ট্রোমোটিভ বলকে আটকে রাখে।

কেস: অ্যাসিঙ্ক্রোনাস মোটর ড্রাইভে, স্টেটর ওয়াইন্ডিং প্রতিরোধ এবং ইন্ডাকট্যান্সের একটি সিরিজ সংযোগের সমতুল্য হতে পারে। যখন IGBT বন্ধ করা হয়, তখন উইন্ডিং কারেন্ট বিপরীত সমান্তরাল ডায়োডের মধ্য দিয়ে প্রবাহিত হয় যাতে ভোল্টেজ স্পাইকগুলিকে পাওয়ার ডিভাইসগুলিকে ক্ষতিগ্রস্থ করা থেকে আটকাতে পারে। পরীক্ষামূলক তথ্য দেখায় যে ফ্রিহুইলিং ডায়োড ছাড়া ইনভার্টারে ডিভাইস পরিবর্তন করার ব্যর্থতার হার ডায়োড সহ সিস্টেমের চেয়ে তিনগুণ বেশি।

2. শক্তি প্রতিক্রিয়া: প্রতিক্রিয়াশীল শক্তির দ্বিমুখী প্রবাহ অর্জন করা
ভোল্টেজ টাইপ বৈদ্যুতিন সংকেতের মেরু বদল AC পাশ থেকে DC পাশ থেকে প্রতিক্রিয়াশীল শক্তি প্রতিক্রিয়া জন্য একটি চ্যানেল প্রদান করার জন্য DC পাশে একটি সমান্তরাল ক্যাপাসিটরের প্রয়োজন। যখন আউটপুট ভোল্টেজের পোলারিটি কারেন্টের বিপরীত হয় (যেমন একটি রেজিস্টিভ লোডের ইন্ডাকটিভ কারেন্ট পর্যায়ে), বিপরীত সমান্তরাল ডায়োডগুলি সঞ্চালন করে, প্রতিক্রিয়াশীল শক্তিকে ডায়োডগুলির মাধ্যমে ডিসি সাইড ক্যাপাসিটরে ফেরত দেওয়ার অনুমতি দেয়, শক্তি সঞ্চয় এবং ভোল্টেজের বৃদ্ধি এড়িয়ে যায়।

তুলনামূলক বিশ্লেষণ: বর্তমান উৎস বৈদ্যুতিন সংকেতের মেরু বদল এর DC পাশ একটি বৃহৎ ইন্ডাক্টরের সাথে সিরিজে সংযুক্ত, এবং প্রতিক্রিয়াশীল শক্তি ফিডব্যাক ডায়োডের প্রয়োজন ছাড়াই ইন্ডাক্টর দ্বারা বাফার করা হয়; ভোল্টেজ টাইপ ইনভার্টারগুলিকে অবশ্যই এনার্জি ফিডব্যাক চ্যানেল তৈরি করতে ডায়োডের উপর নির্ভর করতে হবে, অন্যথায় প্রতিক্রিয়াশীল শক্তি জমা হওয়ার কারণে সিস্টেমটি ভেঙে পড়বে।

3. মৃত অঞ্চলের ক্ষতিপূরণ: সুইচ বিলম্বের কারণে বর্তমান বিকৃতি দূর করা
ব্রিজ আর্মের সরাসরি শর্ট সার্কিট- প্রতিরোধ করতে, ইনভার্টার কন্ট্রোলকে একটি ডেড টাইম সন্নিবেশ করাতে হবে (সাধারণত 1-5 μs)। এই সময়ের মধ্যে, স্যুইচিং ডিভাইসগুলি সব বন্ধ অবস্থায় আছে, কিন্তু লোড কারেন্ট এখনও প্রবাহিত হওয়া প্রয়োজন। বিপরীত সমান্তরাল ডায়োডগুলি মৃত সময়ের মধ্যে স্বয়ংক্রিয়ভাবে সঞ্চালিত হয়, বর্তমান ধারাবাহিকতা বজায় রাখে এবং আউটপুট ভোল্টেজ তরঙ্গরূপের বিকৃতি এড়ায়।

পরীক্ষামূলক তথ্য: ডেড জোন ক্ষতিপূরণ ডায়োড ছাড়াই একটি 10kW ফটোভোলটাইক ইনভার্টারে, আউটপুট ভোল্টেজ THD (মোট হারমোনিক বিকৃতি) 8% পৌঁছেছে; ডায়োড প্রবর্তনের পর, THD কমে 3%-এর নিচে নেমে এসেছে, উল্লেখযোগ্যভাবে পাওয়ার কোয়ালিটি উন্নত করেছে।

3, সাধারণ প্রয়োগের পরিস্থিতি: শিল্প ড্রাইভ থেকে নতুন শক্তি গ্রিড সংযোগ পর্যন্ত
1. শিল্প ফ্রিকোয়েন্সি রূপান্তরকারী: উচ্চ-নির্ভুল মোটর নিয়ন্ত্রণ
শিল্প ফ্রিকোয়েন্সি কনভার্টারগুলিতে, সেতু সার্কিটগুলি PWM মড্যুলেশনের মাধ্যমে পরিবর্তনশীল ফ্রিকোয়েন্সি গতি নিয়ন্ত্রণ করে। এই পরিস্থিতিতে, ডায়োডগুলিকে উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি সুইচিং স্ট্রেস সহ্য করতে হবে (সাধারণত 20kHz-এর উপরে), তাই অতি দ্রুত পুনরুদ্ধার ডায়োড (যেমন SiC ডায়োড) প্রয়োজন৷ তাদের বিপরীত পুনরুদ্ধারের সময় 10ns এর কম করা যেতে পারে, যা প্রচলিত সিলিকন ভিত্তিক ডায়োডের চেয়ে 10 গুণ বেশি এবং উল্লেখযোগ্যভাবে সুইচিং লস কমায়।

কেস: সিলিকন ভিত্তিক ডিভাইসগুলিকে SiC ডায়োড দিয়ে প্রতিস্থাপন করার পরে, একটি নির্দিষ্ট স্টিল এন্টারপ্রাইজে একটি রোলিং মিল ফ্রিকোয়েন্সি কনভার্টারের সিস্টেম দক্ষতা 96% থেকে 98.5% পর্যন্ত বৃদ্ধি পেয়েছে এবং বার্ষিক শক্তি সঞ্চয় 2 মিলিয়ন kWh-এ পৌঁছেছে।

2. ফটোভোলটাইক ইনভার্টার: সর্বোচ্চ পাওয়ার পয়েন্ট ট্র্যাকিং (MPPT)
ফটোভোলটাইক গ্রিড সংযুক্ত ইনভার্টারগুলিতে, সেতু সার্কিটকে এমপিপিটি অ্যালগরিদমের মাধ্যমে বিদ্যুৎ উৎপাদনের দক্ষতা সর্বাধিক করার সময় ডিসি থেকে এসি রূপান্তর অর্জন করতে হবে। এই পরিস্থিতিতে, ডায়োডগুলিকে কম ফরোয়ার্ড ভোল্টেজ ড্রপ এবং উচ্চ সহ্য ভোল্টেজ ক্ষমতার ভারসাম্য বজায় রাখতে হবে। উদাহরণস্বরূপ, Schottky ডায়োড ব্যবহার করে ফরওয়ার্ড ভোল্টেজ ড্রপ 0.7V থেকে 0.3V-এ কমাতে পারে, যার ফলে পাওয়ার লস কম হয়।

ডেটা তুলনা: একটি 100kW ফটোভোলটাইক ইনভার্টারে, Schottky ডায়োড ব্যবহার করে বার্ষিক বিদ্যুত উৎপাদন 12000 kWh বৃদ্ধি করতে পারে এবং সাধারণ ডায়োডের তুলনায় 6 মাস বিনিয়োগের পেব্যাক সময় কমিয়ে দিতে পারে।

3. বৈদ্যুতিক গাড়ির মোটর কন্ট্রোলার: উচ্চ-ঘনত্ব শক্তি রূপান্তর
বৈদ্যুতিক গাড়ির মোটর কন্ট্রোলারকে সীমিত স্থানে উচ্চ শক্তির ঘনত্বের রূপান্তর অর্জন করতে হবে। ব্রিজ সার্কিটের ডায়োডগুলিকে উচ্চ কারেন্ট ঘনত্ব সহ্য করতে হয় (সাধারণত 200A/সেমি ² এর উপরে), তাই সিলভার সিন্টারিং প্রযুক্তির মাধ্যমে কম তাপীয় প্রতিরোধের সংযোগ অর্জনের জন্য একটি ক্রিমড ডায়োড মডিউল প্রয়োজন, যা 150 ডিগ্রি উচ্চ তাপমাত্রায় ডিভাইসের স্থিতিশীল অপারেশন নিশ্চিত করে।

প্রযুক্তিগত অগ্রগতি: একটি নির্দিষ্ট গাড়ি কোম্পানির সর্বশেষ মোটর কন্ট্রোলার 50kW/L এর শক্তি ঘনত্ব সহ একটি ক্রিমড SiC ডায়োড মডিউল গ্রহণ করে, যা ঐতিহ্যগত সিলিকন ভিত্তিক সমাধানগুলির থেকে তিনগুণ বেশি, এবং সিস্টেমের কার্যকারিতা 98.5% অতিক্রম করেছে৷