מבוא ל- UPS Systems ו- Role of Power Diodes

מערכות לא חד-משמעיות של כוח פקדות (UPS) הן תשתיות קריטיות למרכזי נתונים, בתי חולים, מתקנים תעשייתיים ואפילו משרדי בית.הם מספקים כוח גיבוי מיידי במהלך הכישלונות, מתחים, או הפרעות תדירות, ובכך למנוע אובדן נתונים, נזקי ציוד, ושינויים יקרים של מערכת ההפעלה של UPS, בלב של רבים של UPS להתנצלות - במיוחד קו כפול-התקפים (באינטרנט) ופעולות אינטראקטיביות, כמו פונקציות כוח-GB, כמו פונקציות כוח-או-או-או-D-D-D-DOPD.

הבנה של Power Diodes: Basics and Key Characteristics

דיאודות כוח הן שני מכשירים חצי-מוליכים למחצה לטווח ארוך אשר מבצעים את הזרם בכיוון אחד בלבד (הטיה מוקדמת) וחוסנים את הזרם בכיוון ההפוך (הטיה הפוכה) הם מתאימים לטיפול במתחים גבוהים (המכונים לאלפים של תנודתיים) וזרמים גבוהים (מעל לאלפים של אמפרסים) עם ירידה נמוכה קדימה והתנהגויות מהירות.

מאפיינים חשמליים מרכזיים כוללים:

  • (ב) [13] ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) [ה]הפסקה הפוכה (VFIRLT:1RIRLT:2]ראה: המתח הפוך המקסימלי שהדיקול יכול לחסום לפני התמוטטות של אלבאנוש.
  • [ה] [ה]] [ה][דרוש]] [ה]] [ה]]: [ה] [ה] [ה] [ה]] [ה]] [ה]]]] [הזמן] ה'] [ה']'[ה']'[ה']'[ה']'[ה']']'[ה']']'[ה'[ה']']']'[ה']']'[ה'[ה']']'[ה'[ה'[ה'[ה'[ה'[ה']']']'[ה'[ה'[ה'[ה']']']'[ה']']'[ה'[ה'[ה'[ה']']']']']'[ה'[ה']']'[ה'[ה'[ה']']']'[ה'[ה']'[ה'[ה'[ה'[ה']']'[ה']']'[ה']'['['[ה'[
  • (ב) ,0) הטמפרטורה של צומת מקסימום (TFLT3) ,maxFillo:2 (ה) ,FLT 3: 3: הטמפרטורה התפעולית הגבוהה ביותר.
  • (ב) [ה]ההתקפיפות הנוכחית (IFIRLT:1]FSMFillo:2] ;2 (ה)FLT 3: 3: היכולת לעמוד ב הדופקים עתיריים, חשובים במהלך ההפעלה או תנאי השגיאה.

(ב) על פי תכונות אלה, דידות כוח מסווגות למספר סוגים: התאוששות סטנדרטית (נמוכה), התאוששות מהירה, שטאקי (עבור מתח נמוך), וגווןים מופרשים (עבור יישומי UPS, התאוששות מהירה ושקטים של שטאקי הם דומיננטיים במאמת ובשלבים של פולורציה עקב הפסדים נמוכים ויעילות גבוהה שלהם:0.

תפקיד הכוח דיודס ב- UPS Systems

ב-Autotifier כפול טיפוסי, זרימת החשמל מ-Coms AC , retifier אוטובוס DC , inverter לטעון.ה-retifier ו- inverter שלבי Influer מסתמכים רבות על דיודות.בנוסף, דידות משמשות מתג העברה עקף / סטטי כדי להבטיח מעבר קוד חלקה.שלוש התפקידים העיקריים הם AC-to-DC, שחרור inverters, ו-source-או מעבר של כוח או החלפת.

Rectifier Circuits: AC to DC Conversion

המארגן הוא שלב הכוח הראשון של UPS באינטרנט.זה הופך מרכזי AC הנכנסים (Single-phase או שלוש-phase) למתח DC מוסדר.האוטובוס DC מספק את המהפך וגם מאשים את בנק הסוללה. Power diodes ליצור את הליבה של גשרים ממריצים. Common topogies כוללים:

  • (FLT:0) ,Phase Full-Bridge Rectifierer1: השתמש בארבע דידות בתצורת גשר.על כל מחצית של הקלט AC, שתי דיודות התנהגות, הפקת DC מחוספסת אשר מסונן על ידי כפרים.
  • (FLT:0) שלושה-שלבים מלאים-Bridge RectifiersFLT:1: השתמש בשישה דידות (או שלושה מודולים diode) כדי להמיר 3-phase AC למתח DC ממוצע גבוה יותר עם פחות rip.תצורה זו סטנדרטית עבור מערכות UPS גדולות (10 kVA ומעלה).
  • (FLT:0) Power-Factor- מתוקן (PFC) RectifiersFOVA:1LT: ממריצים מודרניים של UPS כוללים לעתים קרובות פעיל PFC באמצעות הגדלת המרירים עם דידות התאוששות מהירה כמו הדחת ההגדלה.זה מקטין עיוות הרמוני ומשפר את גורם הכוח לאחדות קרובה.

בכל ההתנצלות הללו, דיאודות חייבות להתמודד עם זרמים גבוהים במהלך ה-Facitor הטעינה בסטארט-אפ.הם פועלים גם תחת התנהגות רציפה עם זרמים ממוצעים גבוהים.התנהגות ההתאוששות הפוכה משפיעה ישירות על גודל המסנן של EMI והחלפת הפסדים בשלבים פעילים PFC.FLT:0A מדריך מפורט על תיקון עיצוב מחדש של PLUSFLT:1 מדגיש את החשיבות של בחירת דידות עם התאוששות נמוכה (FER) ו-S:2 כדי לענות על יעילות מפורטת (FER) כמו LT2G).

כוונון של דיודס ב-Inverter Stages

המהפך של תחנת אוטובוס DC ממיר בחזרה לתפוקה AC נקייה.מרבית הפולשים המודרניים משתמשים ב-bridge מלאה או חצי-גשר טופולוגיה עם IGBTs או MOSFET כמתגים פעילים.כל מתג פעיל מקביל עם החלפת כוח (לעתים קרובות נקראה ריצוף חופשי או דיוודה) אשר מבצעת את העומס הנוכחי כאשר מתג כבוי אלה diodes חייב להיות מאוד הפוך כדי למנוע התאוששות מהירה יותר ויותר.

או דידס ו-Static Transfer Switches

בהגדרות של UPS (למשל, N+1) או מערכות עם מודולים מרובים של כוח, או-ing דיאודות מאפשרות חיבור מקביל של תפוקה DC.הדיו עם ההתנהגויות הגבוהות ביותר, מונעים הזיקה ממודול אחד לשלב אחר. אלה ייושמו על ידי דידות אלה חייב להיות ירידה מוקדמת נמוכה כדי למזער אובדן כוח ולעתים קרובות להגיע חבילות משותפות או כפולות.

Power Diode Selection קריטריה עבור יישומי UPS

בחירת הגוון הימני של כוח עבור UPS דורש איזון עלות, גודל וביצועים. פרמטרים בחירה מפתח כוללים:

  1. (FLT:0)Voltage RatingFLT:1: בדרך כלל 1.5 עד 2 פעמים מתח אוטובוס מקסי מקסימלי לספק שולי בטיחות. עבור אוטובוס 400 V DC, 600 V דידות מספיקות; עבור 800 V אוטובוס (שלוש-phase 480 VAC), 1200 דידות V מומלץ.
  2. (ב) (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  3. (ב) (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  4. (ב) ,0) ביצועים קדמוניים (FLT:1): יכולת טמפרטורה גבוהה מפחיתה את גודל הטמפרטורות חום. דידס מדורג עבור TibFLT:2J,maxearFLT 3: = 175 מעלות צלזיוס מועדים לתכנוןים קומפקטיים.
  5. (FLT:0)PackagingFLT:1: Discrete Through-hole (TO-247, TO-220) או פני השטח (DPAK, D2PAK) עבור כוח נמוך יותר; חבילות מודול (למשל, חצי-גשר, דיודה כפולה) עבור כוח גבוה יותר (50 A ומעלה מודולים מציעים ניהול תרמי ורכב קומפקטי יותר.
  6. (FLT:0) אחריות ותוחלת החיים 1FLT: Power diodes הם בדרך כלל מאוד אמין, אבל אופניים תרמיים זרמי עלייה יכולים לגרום לכישלון.בחירת דידות עם דירוגי אנרגיה רבודה (EFillo:2ASuaFLT 3:2ASFLT 3) מספק עמידות נגד טראנסים.

דוגמה מקיפה למבחר נבדקה ב-FLT:0 (מדריך הבחירה של אינטוניום) של דיד (Doude Selection GuideFeloph:1FLT), אשר מכסה הן סיליקון והן את אפשרויות SiC עבור קונסולת UPS.

שיקולים ניהוליים והסתמכותיים

כוח דידות מתפזר חום בשל התנהגות והפסדים מעבר.במחדש כוח גבוה, הפסדי דיודה יכולים לקחת בחשבון 10%-20% מכלל אובדן המערכת.ניהול תרמי נכון חיוני לשמור על טמפרטורת הצומת בתוך גבולות ולהבטיח חיי שירות ארוכים (לעתים קרובות 10–20 שנים פעולה רציפה).

(ב) [17] ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

(ב) [17] ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

הפחתת משקל הוא קריטי: מאגרי מידע של היצרן מציינים את הזרם המקסימלי ב-Tirph:0Cirph 1= 100 מעלות צלזיוס, חום אקטואלי ותנאים נוחים עשויים להפחית את הזרם הבטוח ב-20-50%.שימוש במודל תרמי (הצומת למקרה, במקרה של חום, חום ל-Ambient) מבטיח הפעלה אמינה.

מצבי כישלונות והגנה

למרות שפולות כוח חזקות, הם יכולים להיכשל בגלל לחץ חשמלי או תרמי.מצבי כישלונות נפוצים כוללים:

  • (FLT:0) הפוך ביסאס OvervoltageFIRLT:1; Exceed the Crash Stress גורם התמוטטות של אלבננצ'ה וכישלון קטסטרופלי פוטנציאלי.
  • (FLT:0) ,Ulload FLT:1: זרמי מברשת גבוהה מטעינה Capacitor או מעגלים קצרים יכולים לעלות על הדירוג הלא תחרותי של דיוודה. Fuses או מעבורת מעגלים בסדרה עם דיודות יכול למנוע נזק קבוע.
  • (FLT:0) Thermal RunawayveFLT:1: טמפרטורה מוגברת של צומת מעלה זרם דליפות, אשר גורם חימום נוסף. במקרים חמורים, הדיודה עשויה להמיס או לפצח כראוי חיישנים ממושכים מומלץ.
  • (FLT:0) Reverse Recovery induced כשל LT:1: במעגלים גבוהים, זרם התאוששות הפוכה יכול לגרום לעומסים ותנוחת הנזקים של הגוון או המתגים הסמוכים.

כדי לשפר את האמינות, עיצובים רבים של UPS משלבים דידות אדומות (למשל, מספר דיודות במקביל) או להשתמש במודולים בעלי אחריות גבוהה עם ניטור טמפרטורה מובנה. תחזוקה מונעת רגילה כוללת בדיקת ניקיון חום ושלמות ממשק תרמי.

מגמות מתפתחות: רחב-בונגל דידס ב- UPS Systems

אימוץ של מוליכים למחצה רחב פסגפ - silicon carbide (SiC) ו nitride ריזיום (GaN) - הוא שינוי יעילות של UPS וצפיפות כוח. SiC Schotky diodes מציעים כמה יתרונות על פני סיליקון דידות התאוששות מהירה:

  • (ב) [ה]ב[[המאה ה-1]]: [[המאה ה-20]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]
  • (ב) טמפרטורות גבוהות יותר מבצע LT:1: דידות SiC יכולות לפעול בטמפרטורות צומת עד 200 מעלות צלזיוס, צמצום דרישות קירור.
  • (FLT:0)Lower Forward Voltage Drop at High CurrentsveFLT:1: SiC Schotky diodes יש מקדם טמפרטורה חיובי, מה שהופך את הפעולה המקבילה לקלה יותר.
  • (ב) ⁇ 0) ⁇ ⁇ ⁇ (הההתמ"ל): "התקני SiC משיגים באופן טבעי 1200 V או 1700 דירוגי V עם שכבות דקות יותר, צמצום הגמישות.

בפועל, דידות SiC משמשים ב- PFC ומשחררים את מערכות UPS גבוהה (20 kVA ומעל) GaN diodes, בעוד פחות נפוץ, מציעים אפילו מעבר מהיר יותר אבל הם מוגבלים כיום למתחים נמוכים יותר (650 V).FLT:0A לאחרונה תעשיית מאמר FLT:1 מדגיש כי יצרנים באמצעות SiC משיגה 97%+2, לעומת סיליקון-conversions.

עלויות נשאר מחסום, אבל כמו סיי C ויפר ייצור בקנה מידה, פרמיה המחירים מתכווץ.עבור מערכות UPS הדורשות טביעת רגל מינימלית ויעילות גבוהה ביותר - כגון אלה במרכזי נתונים היפר בקנה מידה - דידות SiC הופכות לסטנדרט.

מסקנה

מערכות Power diodes הן חיוניות במערכות UPS, ביצוע תיקון, שחרור ותפקודי מקור-הבחירה שלהם אמינות, יעילות ויכולות מעבר מהיר להשפיע ישירות על הביצועים הכוללים ועליית מערכות כוח גיבוי.בחירת הסוג המתאים - בין אם התאוששות מהירה סיליקון, שטוקקי, או רחבת-band SiCrequires - שיקול זהיר של מתח, זרם, תדירות, וגמישות להמשיך ולשלב אלקטרוניקה גבוהה יותר.