इन्वर्टर ब्रिज सर्किट में डायोड का क्या कार्य है?

उदाहरण के लिए, ब्रिज सर्किट टोपोलॉजी: डायोड द्वारा निर्मित ऊर्जा चैनल
ब्रिज सर्किट में चार स्विचिंग डिवाइस (जैसे IGBT, MOSFET) और चार डायोड होते हैं, जो एक सममित "H" - आकार की संरचना बनाते हैं। स्विचिंग डिवाइस के प्रकार के अनुसार, इसे पूरी तरह से नियंत्रित ब्रिज सर्किट (जैसे आईजीबीटी ब्रिज) और अर्ध नियंत्रित ब्रिज सर्किट (जैसे थाइरिस्टर ब्रिज) में विभाजित किया जा सकता है, लेकिन प्रकार की परवाह किए बिना, डायोड एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं।

पूर्ण ब्रिज टोपोलॉजी में डायोड विन्यास
पूरी तरह से नियंत्रित फुल ब्रिज इन्वर्टर में, प्रत्येक स्विचिंग डिवाइस (जैसे आईजीबीटी) एक डायोड के साथ रिवर्स समानांतर में जुड़ा होता है। उदाहरण के लिए, चार N{{2}चैनल MOSFETs से बने H-ब्रिज में, डायोड D1-D4, Q1-Q4 के साथ विपरीत समानांतर में जुड़े होते हैं, जिससे द्विदिश धारा चैनल बनते हैं। जब Q1 और Q4 प्रवाहकीय होते हैं, तो DC पक्ष के सकारात्मक ध्रुव से Q1, लोड और Q4 के माध्यम से धारा नकारात्मक ध्रुव पर वापस प्रवाहित होती है; जब Q1 को बंद किया जाता है और Q2 को चालू किया जाता है, तो वोल्टेज स्पाइक्स से बचने के लिए लोड करंट D2 के माध्यम से प्रवाहित होता है।
हाफ ब्रिज टोपोलॉजी में डायोड की भूमिका
हाफ ब्रिज सर्किट में दो स्विचिंग डिवाइस और दो कैपेसिटर होते हैं, इस परिदृश्य में मुख्य रूप से क्लैंपिंग के लिए डायोड का उपयोग किया जाता है। उदाहरण के लिए, फोटोवोल्टिक इनवर्टर में, ओवरवॉल्टेज के कारण स्विचिंग उपकरणों को होने वाले नुकसान को रोकने के लिए हाफ ब्रिज टोपोलॉजी डीसी साइड वोल्टेज को डायोड के माध्यम से एक सुरक्षित सीमा के भीतर क्लैंप करती है।
2, डायोड का मुख्य कार्य: फ़्रीव्हीलिंग से ऊर्जा फीडबैक तक
1. सतत वर्तमान सुरक्षा: आगमनात्मक भार के पीछे के इलेक्ट्रोमोटिव बल को दबाता है
जब इन्वर्टर इंडक्टिव लोड (जैसे मोटर और ट्रांसफार्मर) चलाता है, तो लोड करंट वोल्टेज परिवर्तन से पीछे हो जाता है। जिस समय स्विचिंग डिवाइस बंद हो जाती है, लोड चुंबकीय क्षेत्र की ऊर्जा बैक इलेक्ट्रोमोटिव बल (ईएमएफ) के माध्यम से एक उच्च वोल्टेज शिखर बनाएगी, जो स्विचिंग डिवाइस को तोड़ सकती है। इस बिंदु पर, रिवर्स समानांतर डायोड लोड करंट के लिए एक फ्रीव्हीलिंग पथ प्रदान करते हैं, जो एक सुरक्षित वोल्टेज सीमा के भीतर बैक इलेक्ट्रोमोटिव बल को क्लैंप करते हैं।

केस: अतुल्यकालिक मोटर ड्राइव में, स्टेटर वाइंडिंग प्रतिरोध और अधिष्ठापन के श्रृंखला कनेक्शन के बराबर हो सकता है। जब आईजीबीटी बंद हो जाता है, तो वोल्टेज स्पाइक्स को बिजली उपकरणों को नुकसान पहुंचाने से रोकने के लिए घुमावदार धारा रिवर्स समानांतर डायोड के माध्यम से बहती है। प्रायोगिक आंकड़ों से पता चलता है कि फ्रीव्हीलिंग डायोड के बिना इनवर्टर में स्विचिंग उपकरणों की विफलता दर डायोड वाले सिस्टम की तुलना में तीन गुना से अधिक है।

2. ऊर्जा प्रतिक्रिया: प्रतिक्रियाशील शक्ति के द्विदिशात्मक प्रवाह को प्राप्त करना
वोल्टेज प्रकार इन्वर्टर को एसी पक्ष से डीसी पक्ष तक प्रतिक्रियाशील ऊर्जा प्रतिक्रिया के लिए एक चैनल प्रदान करने के लिए डीसी पक्ष पर एक समानांतर संधारित्र की आवश्यकता होती है। जब आउटपुट वोल्टेज की ध्रुवता धारा के विपरीत होती है (जैसे कि प्रतिरोधक भार के आगमनात्मक वर्तमान चरण में), तो रिवर्स समानांतर डायोड आचरण करते हैं, जिससे प्रतिक्रियाशील ऊर्जा को डायोड के माध्यम से डीसी साइड कैपेसिटर में वापस खिलाया जा सकता है, जिससे ऊर्जा संचय और वोल्टेज वृद्धि से बचा जा सकता है।

तुलनात्मक विश्लेषण: वर्तमान स्रोत इन्वर्टर का डीसी पक्ष एक बड़े प्रारंभकर्ता के साथ श्रृंखला में जुड़ा हुआ है, और प्रतिक्रियाशील ऊर्जा को फीडबैक डायोड की आवश्यकता के बिना प्रारंभकर्ता द्वारा बफर किया जाता है; वोल्टेज प्रकार के इनवर्टर को ऊर्जा फीडबैक चैनल बनाने के लिए डायोड पर निर्भर रहना चाहिए, अन्यथा प्रतिक्रियाशील बिजली संचय के कारण सिस्टम ध्वस्त हो जाएगा।

3. डेड जोन मुआवजा: स्विच विलंब के कारण होने वाली वर्तमान विकृति को समाप्त करना
ब्रिज आर्म के सीधे शॉर्ट सर्किट को रोकने के लिए, इन्वर्टर नियंत्रण को एक डेड टाइम (आमतौर पर 1-5 μ s) डालने की आवश्यकता होती है। इस अवधि के दौरान, सभी स्विचिंग डिवाइस बंद स्थिति में हैं, लेकिन लोड करंट को अभी भी प्रवाहित करने की आवश्यकता है। रिवर्स समानांतर डायोड स्वचालित रूप से मृत समय के दौरान संचालित होते हैं, वर्तमान निरंतरता बनाए रखते हैं और आउटपुट वोल्टेज तरंग के विरूपण से बचते हैं।

प्रायोगिक डेटा: डेड ज़ोन क्षतिपूर्ति डायोड के बिना 10 किलोवाट फोटोवोल्टिक इन्वर्टर में, आउटपुट वोल्टेज टीएचडी (कुल हार्मोनिक विरूपण) 8% तक पहुंच जाता है; डायोड पेश करने के बाद, टीएचडी घटकर 3% से नीचे आ गया, जिससे बिजली की गुणवत्ता में उल्लेखनीय सुधार हुआ।

3, विशिष्ट अनुप्रयोग परिदृश्य: औद्योगिक ड्राइव से नई ऊर्जा ग्रिड कनेक्शन तक
1. औद्योगिक आवृत्ति कनवर्टर: उच्च परिशुद्धता मोटर नियंत्रण
औद्योगिक आवृत्ति कनवर्टर्स में, ब्रिज सर्किट पीडब्लूएम मॉड्यूलेशन के माध्यम से परिवर्तनीय आवृत्ति गति विनियमन प्राप्त करते हैं। इस परिदृश्य में, डायोड को उच्च आवृत्ति स्विचिंग तनाव (आमतौर पर 20kHz से ऊपर) का सामना करने की आवश्यकता होती है, इसलिए अल्ट्राफास्ट रिकवरी डायोड (जैसे SiC डायोड) की आवश्यकता होती है। उनके रिवर्स रिकवरी समय को 10ns से कम किया जा सकता है, जो पारंपरिक सिलिकॉन आधारित डायोड से 10 गुना अधिक है और स्विचिंग नुकसान को काफी कम कर देता है।

मामला: सिलिकॉन आधारित उपकरणों को SiC डायोड से बदलने के बाद, एक निश्चित स्टील उद्यम में रोलिंग मिल फ़्रीक्वेंसी कनवर्टर की सिस्टम दक्षता 96% से बढ़कर 98.5% हो गई, और वार्षिक बिजली बचत 2 मिलियन kWh तक पहुंच गई।

2. फोटोवोल्टिक इन्वर्टर: अधिकतम पावर प्वाइंट ट्रैकिंग (एमपीपीटी)
फोटोवोल्टिक ग्रिड से जुड़े इनवर्टर में, ब्रिज सर्किट को एमपीपीटी एल्गोरिदम के माध्यम से बिजली उत्पादन दक्षता को अधिकतम करते हुए डीसी से एसी रूपांतरण प्राप्त करने की आवश्यकता होती है। इस परिदृश्य में, डायोड को कम फॉरवर्ड वोल्टेज ड्रॉप और उच्च झेलने वाली वोल्टेज क्षमता को संतुलित करने की आवश्यकता होती है। उदाहरण के लिए, शोट्की डायोड का उपयोग करने से फॉरवर्ड वोल्टेज ड्रॉप को 0.7V से 0.3V तक कम किया जा सकता है, जिससे बिजली की हानि कम हो सकती है।

डेटा तुलना: 100 किलोवाट फोटोवोल्टिक इन्वर्टर में, शोट्की डायोड का उपयोग करके वार्षिक बिजली उत्पादन 12000 किलोवाट तक बढ़ाया जा सकता है और सामान्य डायोड की तुलना में निवेश भुगतान अवधि को 6 महीने तक कम किया जा सकता है।

3. इलेक्ट्रिक वाहन मोटर नियंत्रक: उच्च घनत्व बिजली रूपांतरण
इलेक्ट्रिक वाहन मोटर नियंत्रक को सीमित स्थान में उच्च शक्ति घनत्व रूपांतरण प्राप्त करने की आवश्यकता होती है। ब्रिज सर्किट में डायोड को उच्च वर्तमान घनत्व (आमतौर पर 200A/cm² से ऊपर) का सामना करने की आवश्यकता होती है, इसलिए सिल्वर सिंटरिंग तकनीक के माध्यम से कम थर्मल प्रतिरोध कनेक्शन प्राप्त करने के लिए एक क्रिम्प्ड डायोड मॉड्यूल की आवश्यकता होती है, जो 150 डिग्री के उच्च तापमान पर डिवाइस के स्थिर संचालन को सुनिश्चित करता है।

तकनीकी सफलता: एक निश्चित कार कंपनी का नवीनतम मोटर नियंत्रक एक क्रिम्प्ड SiC डायोड मॉड्यूल को अपनाता है, जिसकी शक्ति घनत्व 50kW/L है, जो पारंपरिक सिलिकॉन आधारित समाधानों से तीन गुना अधिक है, और सिस्टम दक्षता 98.5% से अधिक हो गई है।