Kāda ir diodes bojājuma ietekme uz invertoru?

一, Diodes sabrukšanas veidi un fiziskie mehānismi
Diodes sadalījumu var iedalīt divos veidos: elektriskais un termiskais, un to fizikālie mehānismi ir cieši saistīti ar materiāla īpašībām, dopinga koncentrāciju, temperatūru un citiem faktoriem.

1. Elektriskais sabrukums: atgriezenisks fizikāls process
Elektriskā avārijā ietilpst divi mehānismi: Zenera sabrukums un lavīnas sadalījums

Zenera sadalījums: notiek ļoti leģētos PN savienojumos (piemēram, sprieguma regulatoros), kur noplicināšanas slāņa platums ir ļoti šaurs (<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 μm). Reversais spriegums paātrina mazākuma nesējus, izraisot to sadursmi ar režģi un ģenerējot jaunus nesējus, veidojot lavīnas ķēdes reakciju. Lavīnas pārrāvuma spriegums parasti ir lielāks par 6 V, un tam ir pozitīvs temperatūras koeficients (sabrukšanas spriegums palielinās līdz ar temperatūru).
Elektriskais sadalījums būtībā ir atgriezenisks fizisks process.

2. Termiskais sabrukums: neatgriezeniska katastrofāla kļūme
Ja apgrieztā strāva turpina palielināties pēc elektriskās pārrāvuma vai kad ķēdē tiek veikti bezgalīgi strāvas pasākumi, PN pārejas jaudas patēriņš pārsniedz robežvērtību, kā rezultātā krasi paaugstinās savienojuma temperatūra. Šajā brīdī valences elektroni kovalentajā saitē iegūst pietiekami daudz enerģijas, lai atbrīvotos no atomu ierobežojumiem, veidojot lielu skaitu brīvu elektronu caurumu pāru, vēl vairāk saasinot strāvas pieaugumu un veidojot pozitīvas atgriezeniskās saites cilpu. Galu galā PN pāreja izkūst pārkaršanas dēļ, veidojot pastāvīgu īssavienojumu, ko sauc par termisko sadalījumu. Termiskais sadalījums ir neatgriezenisks, un diode pilnībā zaudēs savu funkciju.

2, tiešs kaitējums diodes sadalījumam invertoriem
Invertoru diodes galvenokārt tiek izmantotas taisnošanai, brīvgaitas kustībai un iespīlēšanai, un to sadalījums var izraisīt bojājumu izplatīšanos dažādos ceļos.

1. Taisnošanas diodes sadalījums: strāvas īssavienojums un kondensatora eksplozija
Fotoelementu invertoros vai rūpnieciskos barošanas avotos taisngrieža tilts sastāv no 6 diodēm (3 kopējā katoda un 3 kopējā anoda). Ja viena diode tiek termiski sadalīta, veidojot īssavienojumu, līdzstrāvas kopnes pozitīvais un negatīvais pols tiks vadīts tieši, izraisot strāvas īssavienojumu. Šajā brīdī filtrējošais kondensators strauji uzsilst pārmērīgas strāvas dēļ, izraisot elektrolīta iztvaikošanu un izplešanos, kas var izraisīt sprādzienu. Piemēram, noteiktā fotoelementu elektrostacijā taisngrieža diodes bojājums izraisīja līdzstrāvas sānu kondensatora eksploziju, kā rezultātā viss invertora modulis tika nodots metāllūžņos un tika radīti tieši ekonomiskie zaudējumi vairāk nekā 100 000 juaņu apmērā.
2. Skavas diodes bojājums: Kopnes spriegums nav kontrolējams
Daudzlīmeņu invertoros tiek izmantotas skavas diodes, lai ierobežotu līdzstrāvas kopnes sprieguma svārstības. Ja iespīlēšanas diode sabojājas, kopnes spriegums var pārsniegt IGBT izturības sprieguma diapazonu, izraisot ķēdes pārrāvumu. Piemēram, vidēja sprieguma frekvences pārveidotājs piedzīvoja skavas diodes bojājumu, izraisot līdzstrāvas kopnes sprieguma pieaugumu no 600 V līdz 900 V, kā rezultātā tika bojāti visi 12 IGBT moduļi un sistēmas izslēgšanas laiks bija līdz 72 stundām.

3, Diodes sadalījuma sistēmas līmeņa ietekme
1. Elektromagnētiskie traucējumi (EMI) un signāla kropļojumi
Kad diode sabojājas, straujās īssavienojuma strāvas izmaiņas radīs augstas frekvences Vēja enerģijas pārveidotāja gadījumā EMI traucējumi, ko izraisīja brīvgaitas diodes bojājums, izraisīja 10 μs impulsa zudumu IGBT piedziņas signālā, izraisot motora griezes momenta svārstības virs 20% un iedarbinot mehānisko vibrācijas trauksmi.
2. Aizsardzības ķēdes nepareiza darbība un sistēmas paralīze
Mūsdienu invertori parasti ir aprīkoti ar pārstrāvas, pārsprieguma un pārkaršanas aizsardzības funkcijām. Tomēr diodes bojājums var izraisīt nepareizu aizsardzības ķēdes novērtēšanu:
Virsstrāvas aizsardzības nepareiza darbība: īssavienojuma strāvu var sajaukt ar pēkšņām slodzes izmaiņām, iedarbinot strāvu ierobežojošo aizsardzību un izraisot sistēmas darbības samazināšanos;
Pārsprieguma aizsardzības kļūme: ja skavas diode sabojājas, kopnes sprieguma uzraudzības punkts neizdodas un pārsprieguma aizsardzību nevar aktivizēt;
Aizkave aizsardzībai pret pārkaršanu: temperatūra diodes bojājuma punktā var būt augstāka par temperatūru sensora uzraudzības punktā, izraisot aizkavi aizsardzības pret pārkaršanu iedarbināšanā.
Vilces invertora gadījumā noteiktā dzelzceļa tranzītā taisngrieža diodes bojājums izraisīja pārslodzes aizsardzības nepareizu darbību, kā rezultātā bieži tika samazināta sistēmas darbība. Galu galā siltuma uzkrāšanās dēļ IGBT modulis eksplodēja un vilciens tika apturēts uz 12 stundām.
4. Aizsardzības stratēģija un uzticamības dizains
1. Ķēdes dizains: dublēšana un strāvas ierobežošana
Redundants dizains: taisngrieža tiltā tiek pieņemta "N+1" lieka konfigurācija, kas nozīmē, ka paralēli ir pievienotas papildu diodes. Ja viena diode sabojājas, sistēma joprojām var darboties ar samazinātu jaudu;
Strāvas ierobežošanas rezistors: pievienojiet virknē mazus pretestības rezistorus (piemēram, 0,1 Ω/5W) pāri diodei, lai ierobežotu maksimālo īsslēguma strāvu;
RC bufera ķēde: pievienojiet RC bufera ķēdi (piemēram, C=0.1 μ F, R=10 Ω) IGBT diodes paralēlajai ķēdei, lai absorbētu izslēgšanas pārspriegumu un samazinātu diodes apgriezto spriegumu.
2. Sistēmas uzraudzība:-reāllaika diagnostika un paredzamā apkope
Infrasarkanās termiskās attēlveidošanas noteikšana: diodes apvalka temperatūras kontrole reāllaikā, izmantojot infrasarkano termisko attēlu, izraisot trauksmi, kad temperatūra pārsniedz nominālo vērtību 15 grādi;
Elektrisko parametru uzraudzība: Diodes strāvas uzraudzība reāllaikā caur strāvas sensoriem (piemēram, Hola sensoriem), un aizsardzība tiek aktivizēta, ja strāva 1,2 reizes pārsniedz nominālo vērtību;
AI kļūmju prognozēšana: apmāciet mašīnmācīšanās modeļus, pamatojoties uz vēsturiskiem datiem, lai paredzētu diožu atlikušo kalpošanas laiku (RUL) un iepriekš nomainītu augsta -riska komponentus.