Comment fonctionnent les diodes dans les systèmes de rétroaction d'énergie ?

一, Caractéristiques techniques des diodes : la base physique du retour d'énergie
Une diode est une structure de jonction PN formée d'un semi-conducteur de type P- et d'un semi-conducteur de type N-, et ses caractéristiques principales incluent :

Conductivité unidirectionnelle : conduit en cas de polarisation directe (avec une tension de conduction d'environ 0,6 à 0,7 V pour les transistors au silicium et de 0,2 à 0,5 V pour les diodes Schottky) et s'éteint en cas de polarisation inverse (avec uniquement un courant de fuite inverse au niveau du microampère).
Capacité de commutation rapide : le temps de récupération inverse des diodes Schottky est proche de zéro et le temps de récupération inverse des diodes en carbure de silicium (SiC) peut être raccourci à moins de 10 nanosecondes.
Caractéristiques de résistance à la tension et au courant : les diodes de qualité industrielle peuvent résister à des milliers de volts et ont des capacités de résistance au courant transitoire dépassant des centaines d'ampères.
Ces caractéristiques lui permettent de remplir trois fonctions essentielles dans les systèmes de rétroaction énergétique :

Rectification : processus initial de conversion du courant alternatif en courant continu pour obtenir un retour d'énergie ;
Courant continu : dans les circuits de commande de moteur ou d'onduleur, il fournit un chemin de courant pour les charges inductives afin d'éviter les pics de tension ;
Protection : Isolez la tension inverse pour éviter tout impact sur l'équipement côté alimentation pendant le processus de retour d'énergie.
2, Scénarios d'application typiques : des véhicules à énergie nouvelle au stockage d'énergie industriel
1. Nouveau système de récupération d'énergie de freinage de véhicule énergétique
Pendant le processus de freinage des véhicules électriques, le moteur du moyeu de roue passe du mode conduite au mode génération, produisant un courant alternatif triphasé. À ce stade, le pont redresseur à diodes (généralement composé de 6 diodes) convertit le courant alternatif en courant continu, qui est ensuite amplifié par un onduleur et chargé dans la batterie d'alimentation. La logique de travail est la suivante :

Energy management strategy: The brake controller dynamically adjusts the recovery intensity based on the battery SOC (remaining charge). When SOC>80%, annule la récupération d'énergie ; Lorsque le SOC<70%, full power recovery occurs.
Exigences de sélection des diodes : utilisez des diodes Schottky ou des diodes SiC avec une faible chute de tension directe pour réduire les pertes de conduction. Par exemple, après avoir utilisé des diodes SiC Schottky dans un certain modèle de voiture, l'efficacité de récupération du freinage a augmenté de 3 % et l'autonomie a augmenté de 5 kilomètres.
Conception de gestion thermique : dans des conditions de courant élevé, l'emballage de la diode doit adopter une structure TO-247 ou DFN8 × 8 à faible résistance thermique, combinée à un système de refroidissement liquide pour assurer une température de jonction inférieure ou égale à 150 degrés.
2. Unité de retour d'énergie pour convertisseurs de fréquence industriels
Pendant la phase de décélération des équipements tels que les ascenseurs et les grues, le moteur est dans un état de génération et l'énergie électrique générée est renvoyée au condensateur du bus CC via un pont redresseur à diodes. En cas d'énergie excédentaire, la combinaison IGBT et diode dans l'IPM (Intelligent Power Module) est utilisée pour inverser l'alimentation CC en alimentation CA et la renvoyer au réseau. Ses points forts technologiques comprennent :

Rectification efficace : en utilisant des diodes à récupération rapide (FRD) ou des diodes SiC, le temps de récupération inverse est raccourci à 1/10 des tubes en silicium traditionnels et la perte de commutation est réduite de 70 %.
Contrôle de synchronisation du réseau : grâce à la technologie de boucle à verrouillage de phase (PLL), le courant de retour et la tension du réseau sont synchronisés en fréquence et en phase, avec un facteur de puissance supérieur ou égal à 0,99.
Mécanisme de protection : la diode TVS (suppression de tension transitoire) bloque les pointes de tension pour éviter tout dommage à l'équipement causé par la foudre ou une surtension.
3. Convertisseur bidirectionnel pour centrale de stockage d'énergie
Dans le scénario d’écrêtement des pointes du réseau électrique, le système de stockage d’énergie réalise une commutation de charge et de décharge via des convertisseurs DC/DC bidirectionnels. La diode joue un double rôle dans ce processus :

Mode de charge : en tant que composant redresseur, il convertit le courant alternatif en courant continu et le stocke dans la batterie ;
Mode de décharge : en tant que diode de roue libre, elle fournit un chemin de courant au circuit onduleur afin de garantir une production d'énergie fluide.
Prenant comme exemple un système de stockage d'énergie d'un conteneur de 20 pieds, son BMS (Battery Management System) utilise 1 600 à 1 800 TVS et diodes Schottky pour l'équilibrage de la batterie, la protection contre les surtensions et la connexion anti-inversion. Après l'adoption des diodes Trench Schottky, l'efficacité du système a augmenté de 0,4 % et les économies d'énergie annuelles d'un seul boîtier ont dépassé 1 000 kWh.