Какав је утицај квара диоде на претварач?

一, Врсте и физички механизми пропадања диода
Пропад диода се може поделити на два типа: електрични и термички квар, а њихови физички механизми су уско повезани са својствима материјала, концентрацијом допинга, температуром и другим факторима.

1. Електрични слом: реверзибилни физички процес
Електрични квар укључује два механизма: Зенер квар и лавински слом

Зенер квар: јавља се у високо допираним ПН спојевима (као што су регулатори напона), где је ширина слоја исцрпљивања изузетно уска (<1 μ m). Under the action of reverse voltage, a strong electric field directly pulls out the valence electrons in covalent bonds, forming electron hole pairs, resulting in a sharp increase in reverse current. Zener breakdown voltage is usually below 4V and has a negative temperature coefficient (breakdown voltage decreases with increasing temperature).
Avalanche breakdown: commonly seen in low doped PN junctions, with a wide depletion layer (>10 μм). Обрнути напон убрзава мањинске носиоце, узрокујући да се сударе са решетком и генеришу нове носаче, формирајући лавину ланчану реакцију. Лавински пробојни напон је генерално већи од 6В и има позитиван температурни коефицијент (напон пробоја расте са температуром).
Електрични квар је у суштини реверзибилан физички процес.

2. Термички квар: неповратни катастрофални квар
Када обрнута струја настави да расте након електричног квара, или када се предузму бесконачне мере струје у колу, потрошња енергије ПН споја прелази граничну вредност, што доводи до наглог пораста температуре споја. У овом тренутку, валентни електрони у ковалентној вези добијају довољно енергије да се ослободе атомских ограничења, формирајући велики број парова слободних електронских рупа, додатно погоршавајући тренутни раст и формирајући позитивну повратну спрегу. На крају, ПН спој се топи због прегревања, формирајући трајни кратки спој, познат као термички квар. Топлотни слом је неповратан, а диода ће потпуно изгубити функцију.

2, Директна штета од квара диоде на претвараче
Диоде у инвертерима се углавном користе за исправљање, слободно кретање и стезање, а њихов квар може изазвати ширење квара на различитим путевима.

1. Слом исправљачке диоде: кратки спој струје и експлозија кондензатора
У фотонапонским инверторима или индустријским изворима напајања, исправљачки мост се састоји од 6 диода (3 заједничке катоде и 3 заједничке аноде). Ако се једна диода термички поквари и формира кратак спој, то ће проузроковати директну проводљивост позитивних и негативних полова ДЦ магистрале, што ће довести до кратког споја струје. У овом тренутку, кондензатор за филтрирање се брзо загрева због прекомерне струје, што доводи до испаравања и ширења електролита, што може довести до експлозије. На пример, у одређеној фотонапонској електрани, квар исправљачке диоде довео је до експлозије ДЦ бочног кондензатора, што је резултирало распадањем целог инвертерског модула и директним економским губитком од преко 100000 јуана.
2. Квар диоде стезаљке: напон магистрале ван контроле
У више{0}}инверторима, клемне диоде се користе за ограничавање флуктуација напона ДЦ магистрале. Ако се диода за стезање поквари, напон магистрале може премашити опсег отпорног напона ИГБТ-а, узрокујући прекид ланца. На пример, средњенапонски фреквентни претварач је доживео квар диоде стезаљке, што је довело до пораста напона ДЦ магистрале са 600В на 900В, што је резултирало оштећењем свих 12 ИГБТ модула и временом искључивања система до 72 сата.

3, Ефекти квара диоде на нивоу система
1. Електромагнетне сметње (ЕМИ) и изобличење сигнала
Када се диода поквари, брза промена струје-кратког споја ће генерисати високо-електромагнетне сметње, које су повезане са контролним колом преко паразитне капацитивности и изазивају изобличење ИГБТ погонског сигнала. У кућишту претварача енергије ветра, ЕМИ сметње изазване кваром диоде слободног хода довеле су до губитка импулса од 10 μс ИГБТ погонског сигнала, узрокујући флуктуацију обртног момента мотора преко 20% и активирајући аларм механичке вибрације.
2. Погрешан рад заштитног кола и парализа система
Савремени претварачи су обично опремљени функцијама заштите од прекомерне струје, пренапона и температуре. Међутим, квар диоде може довести до погрешне процене заштитног кола:
Погрешан рад заштите од прекомерне струје: Струја кратког споја може се погрешно схватити за изненадну промену оптерећења, активирање заштите која ограничава струју и изазивајући смањење рада система;
Квар заштите од пренапона: Ако се диода клеме поквари, тачка за праћење напона магистрале не ради и заштита од пренапона се не може активирати;
Кашњење заштите од превисоке температуре: Температура на тачки квара диоде може бити виша од температуре на тачки надзора сензора, што узрокује кашњење у активирању заштите од превисоке температуре.
У случају вучног претварача у одређеном транзиту шине, квар исправљачке диоде је проузроковао неисправан рад заштите од прекомерне струје, што је резултирало честим смањењем рада система. На крају, због акумулације топлоте, ИГБТ модул је експлодирао и воз је заустављен 12 сати.
4, Стратегија заштите и дизајн поузданости
1. Дизајн кола: редундантност и ограничење струје
Редундантни дизајн: У исправљачком мосту је усвојена редундантна конфигурација „Н+1“, што значи да су додатне диоде повезане паралелно. Када се једна диода поквари, систем и даље може да ради са смањеним капацитетом;
Отпорник за ограничавање струје: Повежите отпорнике мале отпорности (као што је 0,1 Ω/5В) серијски преко диоде да бисте ограничили вршну струју кратког-кола;
РЦ бафер коло: Додајте РЦ бафер коло (као што је Ц=0.1 μ Ф, Р=10 Ω) у паралелно коло ИГБТ диоде да бисте апсорбовали пренапон искључивања и смањили обрнути напон диоде.
2. Надгледање система: дијагноза-у реалном времену и предиктивно одржавање
Детекција инфрацрвене термалне слике: Праћење температуре омотача диоде у реалном времену преко инфрацрвене термалне слике, активирање аларма када температура пређе номиналну вредност од 15 степени;
Праћење електричних параметара: Праћење струје диоде у реалном времену кроз струјне сензоре (као што су Холови сензори), а заштита се активира када струја пређе 1,2 пута номиналну вредност;
Предвиђање грешака АИ: Обучите моделе машинског учења на основу историјских података да бисте предвидели преостали век трајања (РУЛ) диода и унапред заменили компоненте високог{0}}високог ризика.