इनवर्टर में पावर डायोड एक अनिवार्य घटक क्यों है?

1, तकनीकी सिद्धांत: यूनिडायरेक्शनल चालकता के माध्यम से विद्युत ऊर्जा रूपांतरण के निर्माण का भौतिक आधार
पावर डायोड की मुख्य विशेषता इसकी यूनिडायरेक्शनल चालकता है - यह केवल करंट को एनोड से कैथोड तक प्रवाहित करने की अनुमति देता है, और उलटने पर उच्च प्रतिबाधा प्रदर्शित करता है। यह सुविधा इन्वर्टर में ऊर्जा रूपांतरण के लिए एक भौतिक अलगाव बाधा का निर्माण करती है, जो विशेष रूप से निम्नलिखित परिदृश्यों में परिलक्षित होती है:

सुधार और इन्वर्टर का द्विदिशात्मक नियंत्रण
एक फोटोवोल्टिक इन्वर्टर में, पावर डायोड पहले सौर पैनल से डीसी आउटपुट को ब्रिज रेक्टिफायर सर्किट के माध्यम से स्पंदित डीसी में परिवर्तित करता है, और फिर इन्वर्टर मॉड्यूल को आपूर्ति करने से पहले इसे फ़िल्टर करता है। इन्वर्टर चरण में, पीडब्लूएम मॉड्यूलेशन के माध्यम से डीसी पावर को एसी पावर में परिवर्तित करने के लिए डायोड को आईजीबीटी, एमओएसएफईटी और अन्य स्विचिंग उपकरणों के साथ जोड़ा जाता है। उदाहरण के लिए, तीन चरण पूर्ण ब्रिज इन्वर्टर में, रिवर्स करंट को ग्रिड की ओर से डीसी बस में वापस प्रवाहित होने से रोकने के लिए प्रत्येक ब्रिज आर्म के ऊपरी और निचले ट्यूबों को डायोड द्वारा अवरुद्ध करने की आवश्यकता होती है, इस प्रकार बैटरी बोर्ड या इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर को नुकसान से बचाया जा सकता है।
सतत प्रवाह संरक्षण और ऊर्जा पुनर्प्राप्ति
जब एक इन्वर्टर एक प्रेरक भार (जैसे मोटर या ट्रांसफार्मर) चलाता है, तो लोड धारा में अचानक परिवर्तन एक रिवर्स इलेक्ट्रोमोटिव बल उत्पन्न करेगा। इस परिदृश्य में पावर डायोड एक फ्रीव्हीलिंग डायोड के रूप में कार्य करता है, जो आगमनात्मक धारा के लिए एक डिस्चार्ज पथ प्रदान करता है। उदाहरण के लिए, मोटर नियंत्रण में, जब आईजीबीटी बंद हो जाता है, तो डायोड मोटर वाइंडिंग में संग्रहीत ऊर्जा को अवशोषित कर सकता है, जिससे वोल्टेज स्पाइक्स को स्विचिंग डिवाइस में प्रवेश करने से रोका जा सकता है। पवन ऊर्जा कनवर्टर परियोजना के वास्तविक माप से पता चलता है कि तेज़ रिकवरी डायोड का उपयोग करने के बाद, मोटर स्टार्ट के दौरान वोल्टेज शिखर 1200V से घटकर 600V हो गया, और डिवाइस का जीवन तीन गुना बढ़ गया।
क्लैंप और ओवरवॉल्टेज संरक्षण
पावर डायोड सर्किट में पीक वोल्टेज को सीमित करने के लिए क्लैंप डायोड के रूप में भी काम कर सकते हैं। इन्वर्टर के आउटपुट पर समानांतर टीवीएस डायोड बिजली गिरने या ग्रिड दोष के कारण होने वाले क्षणिक ओवरवॉल्टेज को अवशोषित कर सकते हैं। उदाहरण के लिए, अपतटीय पवन फार्मों की ब्लैक स्टार्ट प्रणाली में, डायोड क्लैंप सर्किट चालू पवन टर्बाइनों के पहले बैच के लिए कनवर्टर के स्थिर संचालन को सुनिश्चित करने के लिए ± 5% के भीतर डीसी बस वोल्टेज के उतार-चढ़ाव को नियंत्रित करता है।
2, अनुप्रयोग परिदृश्य: माइक्रो इनवर्टर से उच्च {{1}वोल्टेज कनवर्टर तक पूर्ण कवरेज
पावर डायोड की तकनीकी विशेषताएं उन्हें विभिन्न पावर स्तरों, वोल्टेज रेंज और स्विचिंग आवृत्तियों की इन्वर्टर आवश्यकताओं के अनुकूल बनाने में सक्षम बनाती हैं। उनके अनुप्रयोग परिदृश्यों में शामिल हैं:

माइक्रो इन्वर्टर (1 किलोवाट से नीचे)
घरेलू फोटोवोल्टिक प्रणालियों में, माइक्रो इनवर्टर को मॉड्यूल स्तर की अधिकतम पावर प्वाइंट ट्रैकिंग (एमपीपीटी) प्राप्त करने की आवश्यकता होती है। इस परिदृश्य में, पावर डायोड को कम फॉरवर्ड वोल्टेज ड्रॉप (V_F 0.3V से कम या उसके बराबर) और उच्च स्विचिंग आवृत्ति (f 100kHz से अधिक या उसके बराबर) की आवश्यकताओं को पूरा करने की आवश्यकता होती है। उदाहरण के लिए, Infineon CoolSiC ™ Schotky डायोड सिलिकॉन कार्बाइड सामग्री से बने होते हैं, जो चालन हानि को 40% तक कम करते हैं और 200kHz से ऊपर स्विचिंग आवृत्तियों का समर्थन करते हैं, जिससे माइक्रो इनवर्टर की रूपांतरण दक्षता में काफी सुधार होता है।
स्ट्रिंग इन्वर्टर (10kW-1MW)
वाणिज्यिक फोटोवोल्टिक बिजली संयंत्रों में, स्ट्रिंग इनवर्टर को कई सौ एम्पीयर की धाराओं को संभालने की आवश्यकता होती है। पावर डायोड में उच्च सर्ज करंट झेलने की क्षमता (I2FSM 500A से अधिक या उसके बराबर) और कम रिवर्स रिकवरी समय (Trr 50ns से कम या उसके बराबर) होना आवश्यक है। उदाहरण के लिए, ROHM सेमीकंडक्टर के SiC MOSFET मॉड्यूल ने बिल्ट-इन फास्ट रिकवरी डायोड के साथ 100kW फोटोवोल्टिक इन्वर्टर में 98.7% की चरम दक्षता हासिल की, जो पारंपरिक सिलिकॉन आधारित समाधानों की तुलना में 1.2 प्रतिशत अंक अधिक है।
उच्च वोल्टेज आवृत्ति कनवर्टर (1MW से ऊपर)
औद्योगिक मोटर ड्राइव और पवन ऊर्जा कन्वर्टर्स में, पावर डायोड को हजारों वोल्ट के वोल्टेज और हजारों एम्पीयर की धाराओं का सामना करने की आवश्यकता होती है। उदाहरण के लिए, ABB ACS880 फ़्रीक्वेंसी कनवर्टर एक क्रिम्प्ड IGBT और डायोड मॉड्यूल को अपनाता है, जो 6.6kV वोल्टेज स्तर और 10kA पीक करंट का समर्थन करता है। इसका रिवर्स रिकवरी समय 20ns के भीतर नियंत्रित किया जाता है, जो उच्च वोल्टेज और उच्च वर्तमान परिदृश्यों में कुशल संचालन आवश्यकताओं को पूरा करता है।
3, उद्योग अभ्यास: तकनीकी नवाचार प्रदर्शन सफलताओं को बढ़ावा देता है
तीसरी पीढ़ी के सेमीकंडक्टर सामग्रियों के लोकप्रिय होने और बुद्धिमान नियंत्रण प्रौद्योगिकी के विकास के साथ, इनवर्टर में पावर डायोड का अनुप्रयोग निम्नलिखित परिवर्तनों से गुजर रहा है:

सामग्री नवाचार: SiC/GaN डायोड दक्षता में अग्रणी है
SiC डायोड अपने कम प्रतिरोध (R_DS (पर) 1m Ω से कम या उसके बराबर) और उच्च ब्रेकडाउन वोल्टेज (V_BR 1200V से अधिक या उसके बराबर) के कारण उच्च वोल्टेज इनवर्टर के लिए पसंदीदा विकल्प बन गए हैं। उदाहरण के लिए, वेस्टास V164-9.5MW पवन टरबाइन के इन्वर्टर में, SiC डायोड के उपयोग से स्विचिंग हानि 60% कम हो जाती है और सिस्टम दक्षता 99% से अधिक हो जाती है। GaN डायोड अपने अल्ट्रा-लो रिवर्स रिकवरी चार्ज (Q_rr 1nC से कम या उसके बराबर) के कारण उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स बिजली आपूर्ति में उच्च आवृत्ति प्राप्त करते हैं। उदाहरण के लिए, Ansenmei NSD1624 डायोड 2MHz स्विचिंग आवृत्ति का समर्थन करता है, जिससे मोबाइल फोन चार्जर का आकार 50% कम हो जाता है।
एकीकृत डिज़ाइन: मॉड्यूलरिटी विश्वसनीयता बढ़ाती है
इन्वर्टर डिज़ाइन को सरल बनाने के लिए, निर्माताओं ने डायोड और स्विचिंग उपकरणों के एकीकृत मॉड्यूल पेश किए हैं। उदाहरण के लिए, Infineon EasyPACK ™ मॉड्यूल SiC MOSFET को शोट्की डायोड के साथ एकीकृत करता है, परजीवी अधिष्ठापन को 80% तक कम करता है और स्विचिंग घाटे को 30% तक कम करता है। टेस्ला के मेगापैक ऊर्जा भंडारण प्रणाली में, यह मॉड्यूल 0.1% से नीचे विफलता दर को नियंत्रित करते हुए इन्वर्टर की शक्ति घनत्व को 5kW/kg तक बढ़ा देता है।
बुद्धिमान नियंत्रण: डिजिटल डायोड द्वारा प्राप्त गतिशील अनुकूलन
डिजिटल नियंत्रण प्रौद्योगिकी के विकास के साथ, डायोड ने तापमान निगरानी और गतिशील समायोजन कार्यों को एकीकृत करना शुरू कर दिया है। उदाहरण के लिए, TI द्वारा लॉन्च किया गया TPD2E007 डिजिटल डायोड I2C इंटरफ़ेस के माध्यम से जंक्शन तापमान डेटा पर वास्तविक समय पर प्रतिक्रिया प्रदान कर सकता है, और तापमान 150 डिग्री से अधिक होने पर स्वचालित रूप से सुरक्षा कार्यों को ट्रिगर कर सकता है। सनशाइन पावर SG3125HV फोटोवोल्टिक इन्वर्टर में, यह तकनीक डिवाइस जीवन भविष्यवाणी की सटीकता को 95% तक सुधारती है और रखरखाव लागत को 40% तक कम करती है।