Које су последице кратког споја диоде или отвореног кола на енергетски систем?

一, Ланчана реакција квара кратког споја диоде
1. Механизам кратког споја и услови окидања
Кратки спој диоде обично је узрокован кваром чипа, пуцањем паковања или лошим лемљењем. У окружењима са високом температуром и високом влажношћу, апсорпција влаге и ширење материјала за паковање може проузроковати ломљење унутрашњег слоја метализације; У сценаријима пренапона, ПН спојеви могу трајно да раде због лавине. На пример, пројекат фотонапонског инвертера доживео је кратак спој у року од 10 мс због обрнутог пренапона диоде изазваног ударима грома.

2. Утицај на нивоу система
(1) Промена путање преноса енергије
Квар исправљачког кола: У мосном исправљачком колу, ако је диода кратко спојена, то ће узроковати директну проводљивост између АЦ и ДЦ стране, што доводи до засићења трансформатора или индуктора. Због кратког споја у исправљачкој диоди одређеног пројекта система за складиштење енергије, улазна струја је порасла на три пута већу од номиналне вредности, а трансформатор је изгорео у року од 5 секунди.
Кратак спој у колу слободног хода: У моторним погонима или индуктивним колима за складиштење енергије, кратак-спој у слободној диоди може оштетити путању повратне информације о енергији. На пример, у одређеном пројекту претварача електричних возила, услед кратког споја у диоди слободног хода, задња електромоторна сила мотора је директно примењена на уређај за напајање, узрокујући да ИГБТ модул експлодира у року од 100 μс.
(2) Отказивање заштитног механизма
Отказивање заштите од обрнутог кретања: У ДЦ системима, кратак спој у анти-реверзној диоди може изазвати директно оштећење опреме када је поларитет напајања обрнут. Пројекат УПС-а у одређеном дата центру претрпео је губитке од преко 500.000 јуана због кратког-споја антиреверзне диоде, због чега је модул исправљача прегорео током погрешног рада при одржавању.
Бајпас за заштиту од пренапона: кратки спој ТВС диоде ће узроковати да изгуби функцију стезања, а пренапон ће се директно пренети на следеће коло. Због кратког споја ТВС диоде у одређеном пројекту фотонапонског низа, излазни напон компоненти је порастао на 1000 В (назив 600 В), узрокујући велике-кварове на претварачу.
(3) Ризик од топлотног бекства
Кратки спој изазива промену путање струје, што резултира значајним повећањем локалне густине струје. Тестирање пројекта претварача енергије ветра показало је да је након кратког споја диоде, температура споја суседних енергетских уређаја порасла са 85 степени на 200 степени у року од 2 секунде, узрокујући топлотни бег ланца.

2, Системске опасности од кварова отвореног кола диоде
1. Механизам отвореног кола и типични сценарији
Отворено коло је обично узроковано колапсом заваривања, ломљењем струготине или ломљењем олова. У окружењима са вибрацијама (као што су електрична возила), лом од замора олова је чест узрок; У сценаријима високе температуре, неусклађеност између коефицијента термичког ширења амбалаже и чипа може довести до пуцања.

2. Утицај на нивоу система
(1) Прекид преноса енергије
Губитак излаза при исправљању: У трофазном колу за исправљање, ако је диода отворено, то ће узроковати повећање таласа излазног напона. Одређени пројекат индустријског напајања довео је до пораста таласа излазног напона са 5% на 30% због отвореног кола диоде, што је резултирало погрешним радом опреме за оптерећење.
Искључено слободно коло: У индуктивном колу за складиштење енергије, отворена диода слободног хода може узроковати да се енергија индуктора нигдје не ослобађа, што резултира високим напонима. Одређени пројекат ЛЕД драјвера доживео је пораст напона индуктора на 800В (назив 400В) због отвореног кола у слободној диоди, што је резултирало кваром МОСФЕТ-а.
(2) Губитак функције заштите
Отказивање прекострујне заштите: У паралелној групи диода, ако је једна од диода отворена, преостале диоде морају да поднесу већу струју. Одређени пројекат кола за балансирање акумулатора за складиштење енергије изазвао је преоптерећење и прегоревање других диода због отвореног кола једне диоде, што је резултирало препуном батерије.
Квар функције изолације: У заштити на нивоу фотонапонског модула, отворени круг у бајпас диоди може погоршати ефекат вруће тачке. Због отвореног кола бајпас диоде у пројекту одређене фотонапонске електране, температура одређене компоненте је порасла на 150 степени под опструкцијом сенке, узрокујући ломљење стакла.
(3) Стабилност система се смањује
Отворено коло може изазвати промене у топологији кола, што може довести до резонанције или осциловања. Одређени пројекат модула за пуњење електричног возила доживео је прекид кола диоде, што је довело до детонирања резонантног кола ЛЛЦ и флуктуације излазног напона за више од ± 15%, што је изазвало заштитно искључивање.

3, Последице кварова у типичним енергетским системима
1. Фотонапонски систем за производњу електричне енергије
Утицај нивоа компоненте: Отворено коло у бајпас диоди може проузроковати да температура термичке тачке компоненте премаши границу када је делимично блокирана, убрзавајући старење материјала за паковање; Кратак спој може изазвати квар бочног лука једносмерне струје. Према статистикама фотонапонске електране од 5МВ, квар диода чини 18% кварова компоненти, што резултира годишњим губитком од преко 500000 кВх производње електричне енергије.
Утицај нивоа инвертера: Кратак спој исправљачке диоде може изазвати неконтролисани напон ДЦ магистрале, што доводи до експлозије ИГБТ модула; Отворено коло доводи до повремене улазне струје, узрокујући шум и вибрације трансформатора.
2. Систем за складиштење енергије
Утицај балансирања батерије: Отворено коло у диоди кола за балансирање може довести до повећане недоследности у пакету батерија и скратити животни век циклуса; Кратак спој може изазвати прекомерно пуњење/претерано пражњење. Због квара у балансној диоди одређеног пројекта електране за складиштење енергије, стопа деградације капацитета батерије је порасла са 3% годишње на 8% годишње.
Утицај ДЦ/ДЦ конверзије: Отворено коло синхроне исправљачке диоде може довести до смањења ефикасности за више од 10%; Кратки спој може узроковати прекорачење излазног напона.
3. Систем за пуњење електричних возила
Утицај модула за пуњење: кратки спој диоде ПФЦ кола може проузроковати изобличење улазне струје да премаши стандардну, активирајући заштиту мреже; Отворено коло ће узроковати пад фактора снаге испод 0,7 и резултирати новчаном казном из електричне мреже.
Утицај ауто пуњача: Отворено коло излазне исправљачке диоде ће узроковати прекид пуњења; Кратак спој може изазвати пренапон у батерији. У одређеном инциденту повлачења возила, преко 20000 возила је повучено због ризика од кратког споја излазне диоде.
4, Дијагноза кварова и стратегија заштите
1. Технологија за праћење на мрежи
Мониторинг напона/струје: Праћење напона и струје на диоди у реалном времену преко Холових сензора, активирање аларма ако постоји абнормална флуктуација која прелази 10%.
Infrared temperature measurement: Infrared thermal imager is used to monitor the surface temperature of the diode. When the junction temperature exceeds the limit (such as SiC diode>175 степени), аутоматски ће се искључити.
Анализа спектра импедансе: Убризгавањем високо{0}}сигнала високе фреквенције да би се открио еквивалентни серијски отпор диода, импеданса се приближава бесконачности у отвореном колу и нули у кратком споју.
2. Редундантни дизајн
Паралелна редундантност: Више диода је повезано паралелно у критичним колима, а систем и даље може да ради у случају једне грешке. На пример, одређени инвертер снаге ветра користи 4 паралелне СиЦ диоде, а ефикасност система се смањује само за 2% након једног отвореног кола.
Резервна путања: Инсталирајте механички прекидач паралелно са диодом у коло против обрнутог кретања и аутоматски се пребаците на путању прекидача када диода поквари.
3. Надоградња материјала и процеса
Паковање отпорно на влагу: керамичко или херметичко паковање се користи за проверу поузданости кроз двоструко 85 тестирање (85 степени /85% РХ/1000х).
Лемљење са малим напрезањем: Користите -лем и еластичне проводнике без олова да бисте проверили отпорност на замор путем тестирања вибрација (као што је 5-2000Хз/10г).
5, Студија случаја: Квар диоде у претварачу енергије ветра на мору
Одређени пројекат енергије ветра на мору налази се у области подложној тајфунима, а оригинални дизајн је користио обичне силиконске{0}}диоде. После 2 године рада, вишеструки диодни проводници су покварени (отворено коло) услед вибрација, а 3 диоде су кратко спојене због корозије у сланом спреју. Неисправност која узрокује:

Прекид у преносу енергије: 12 инвертера је искључено, што резултира дневним губитком од преко 50МВх производње енергије по претварачу;
Оштећење ланца опреме: експлозија ИГБТ модула узрокована кратким спојем, цена поправке прелази 2 милиона јуана;
Деградација стабилности система: Отворено коло доводи до повремене улазне струје, а шум трансформатора достиже 85 дБ (дизајн<65dB).
План побољшања укључује:

Надоградња уређаја: Замените СиЦ диодама и керамичким паковањем;
Структурно ојачање: коришћењем носача за смањење вибрација и три отпорна премаза;
Надоградња надгледања: Поставите инфрацрвене сензоре за температуру и вибрације.
Након побољшања, систем је радио непрекидно 3 године без икаквих кварова диода, уз годишњи пораст производње електричне енергије од 12% и смањење трошкова одржавања од 70%.