Kokią įtaką keitikliui turi diodo gedimas?

一, Diodų gedimo tipai ir fiziniai mechanizmai
Diodų skilimas gali būti skirstomas į du tipus: elektrinis ir terminis, o jų fiziniai mechanizmai yra glaudžiai susiję su medžiagos savybėmis, dopingo koncentracija, temperatūra ir kitais veiksniais.

1. Elektros gedimas: grįžtamasis fizinis procesas
Elektrinis gedimas apima du mechanizmus: Zenerio gedimą ir griūtį

Zenerio gedimas: atsiranda labai legiruotose PN jungtyse (pvz., įtampos reguliatoriuose), kur išeikvojimo sluoksnio plotis yra labai siauras (<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). Atvirkštinė įtampa pagreitina mažumos nešiklius, todėl jie susiduria su grotelėmis ir generuoja naujus nešiklius, sudarydami lavinos grandininę reakciją. Lavinos gedimo įtampa paprastai yra didesnė nei 6 V ir turi teigiamą temperatūros koeficientą (skilimo įtampa didėja didėjant temperatūrai).
Elektrinis gedimas iš esmės yra grįžtamasis fizinis procesas.

2. Terminis gedimas: negrįžtamas katastrofiškas gedimas
Kai atbulinė srovė ir toliau didėja po elektros gedimo arba kai grandinėje imamasi begalinės srovės priemonių, PN sandūros energijos suvartojimas viršija ribinę vertę, dėl to smarkiai pakyla sandūros temperatūra. Šiuo metu kovalentinio ryšio valentiniai elektronai įgyja pakankamai energijos, kad išsivaduotų nuo atominių suvaržymų, sudarydami daugybę laisvų elektronų skylių porų, dar labiau padidindami srovės augimą ir suformuodami teigiamą grįžtamojo ryšio kilpą. Galiausiai PN jungtis ištirpsta dėl perkaitimo ir susidaro nuolatinis trumpasis jungimas, žinomas kaip terminis gedimas. Terminis gedimas yra negrįžtamas, o diodas visiškai praras savo funkciją.

2, tiesioginė diodų gedimo žala inverteriams
Inverterių diodai daugiausia naudojami ištaisymui, laisvai eigai ir užspaudimui, o dėl jų gedimo gedimas gali plisti skirtingais keliais.

1. Ištaisymo diodo gedimas: trumpasis jungimas ir kondensatoriaus sprogimas
Fotovoltiniuose inverteriuose arba pramoniniuose maitinimo šaltiniuose lygintuvo tiltelis susideda iš 6 diodų (3 bendrieji katodai ir 3 bendrieji anodai). Jei vienas diodas termiškai suskaidomas, kad susidarytų trumpasis jungimas, teigiamas ir neigiamas nuolatinės srovės magistralės poliai bus tiesiogiai laidūs, o tai sukels trumpąjį jungimą. Šiuo metu filtravimo kondensatorius greitai įkaista dėl per didelės srovės, todėl elektrolitas išgaruoja ir plečiasi, o tai gali sukelti sprogimą. Pavyzdžiui, tam tikroje fotovoltinėje elektrinėje dėl lygintuvo diodo gedimo sprogo nuolatinės srovės šoninis kondensatorius, dėl to visas inverterio modulis buvo išmestas į metalo laužą ir tiesioginiai ekonominiai nuostoliai viršijo 100 000 juanių.
2. Gnybto diodo gedimas: nekontroliuojama magistralės įtampa
Kelių{0}}pakopų keitikliuose apkabos diodai naudojami nuolatinės srovės magistralės įtampos svyravimams apriboti. Sugedus suspaudimo diodui, magistralės įtampa gali viršyti IGBT atsparumo įtampos diapazoną, todėl grandinė nutrūks. Pavyzdžiui, vidutinės įtampos dažnio keitiklis patyrė gnybtų diodo gedimą, todėl nuolatinės srovės magistralės įtampa pakilo nuo 600 V iki 900 V, todėl buvo pažeisti visi 12 IGBT modulių ir sistemos išjungimo laikas iki 72 valandų.

3, diodo gedimo sistemos lygio poveikis
1. Elektromagnetiniai trukdžiai (EMI) ir signalo iškraipymai
Kai diodas sugenda, greitai pasikeitus trumpojo jungimo-srovei sukels aukšto-dažnio elektromagnetiniai trukdžiai, kurie per parazitinę talpą yra sujungti su valdymo grandine ir iškraipo IGBT pavaros signalą. Vėjo energijos keitiklio atveju dėl EMI trukdžių, kuriuos sukėlė laisvosios eigos diodo gedimas, 10 μs IGBT pavaros signalo impulsas buvo prarastas, todėl variklio sukimo momentas svyravo daugiau nei 20 % ir suaktyvino mechaninį vibracijos pavojaus signalą.
2. Apsaugos grandinės netinkamas veikimas ir sistemos paralyžius
Šiuolaikiniai inverteriai dažniausiai turi apsaugos nuo viršsrovių, viršįtampių ir perkaitimo funkcijas. Tačiau diodo gedimas gali sukelti klaidingą apsaugos grandinės įvertinimą:
Netinkamas apsaugos nuo viršsrovių veikimas: trumpojo jungimo srovę galima supainioti su staigiu apkrovos pokyčiu, suaktyvinusiu srovę ribojančią apsaugą ir sumažinusiu sistemos veikimą;
Apsaugos nuo viršįtampio gedimas: sugedus apkabos diodui, sugenda magistralės įtampos stebėjimo taškas ir negali būti įjungta apsauga nuo viršįtampio;
Apsaugos nuo perkaitimo delsa: temperatūra diodo gedimo taške gali būti aukštesnė už temperatūrą jutiklio stebėjimo taške, todėl apsauga nuo perkaitimo vėluoja.
Traukos keitiklio tam tikru tranzitu geležinkeliu atveju dėl lygintuvo diodo gedimo sutriko apsaugos nuo viršsrovių veikimas, dėl kurio dažnai nutrūko sistemos veikimas. Galiausiai dėl šilumos kaupimosi IGBT modulis sprogo ir traukinys buvo sustabdytas 12 valandų.
4, Apsaugos strategija ir patikimumo projektavimas
1. Grandinės konstrukcija: perteklius ir srovės ribojimas
Perteklinė konstrukcija: lygintuvo tiltelyje naudojama „N+1“ perteklinė konfigūracija, o tai reiškia, kad lygiagrečiai prijungiami papildomi diodai. Sugedus vienam diodui, sistema vis tiek gali veikti sumažintu pajėgumu;
Srovės ribojimo rezistorius: nuosekliai per diodą prijunkite mažus varžos rezistorius (pvz., 0,1 Ω/5W), kad apribotumėte didžiausią trumpojo jungimo srovę;
RC buferio grandinė: pridėkite RC buferio grandinę (pvz., C=0.1 μ F, R=10 Ω) prie IGBT diodo lygiagrečios grandinės, kad sugertumėte išjungimo viršįtampą ir sumažintumėte diodo atvirkštinį įtempį.
2. Sistemos stebėjimas: diagnostika realiuoju laiku ir nuspėjamoji priežiūra-
Infraraudonųjų spindulių šiluminio vaizdo aptikimas: diodo korpuso temperatūros stebėjimas realiuoju laiku per infraraudonųjų spindulių termovizorių, suaktyvinantis aliarmą, kai temperatūra viršija 15 laipsnių vardinę vertę;
Elektrinių parametrų stebėjimas: Diodo srovės stebėjimas realiuoju laiku per srovės jutiklius (pvz., Hall jutiklius), o apsauga įsijungia, kai srovė viršija 1,2 karto vardinę vertę;
AI gedimų numatymas: mokykite mašininio mokymosi modelius, pagrįstus istoriniais duomenimis, kad būtų galima numatyti likusį diodų tarnavimo laiką (RUL) ir iš anksto pakeisti didelės{0}}rizikos komponentus.