Millised on dioodi lühise või lahtise voolu tagajärjed energiasüsteemile?

一, Dioodi lühise rikke ahelreaktsioon
1. Lühise mehhanism ja käivitustingimused
Dioodi lühise põhjustab tavaliselt kiibi purunemine, pakendi pragunemine või halb jootmine. Kõrge temperatuuri ja kõrge õhuniiskusega keskkondades võib niiskuse imendumine ja pakkematerjalide paisumine põhjustada sisemise metalliseeritud kihi purunemise; Ülepinge stsenaariumide korral võivad PN-ristmikud laviini purunemise tõttu püsivalt toimida. Näiteks fotogalvaanilise inverteri projektis tekkis 10 ms jooksul lühis pikselöögist põhjustatud dioodi vastupidise ülepinge tõttu.

2. Süsteemitaseme mõju
(1) Energia ülekandetee muutus
Alaldi ahela rike: sildalaldi ahelas põhjustab diood lühises otsese juhtivuse vahelduv- ja alalisvoolu vahel, mis põhjustab trafo või induktiivpooli küllastumist. Teatud energiasalvestussüsteemi projekti alaldidioodi lühise tõttu tõusis sisendvool kolm korda nimiväärtusest ja trafo põles läbi 5 sekundi jooksul.
Lühis vabakäiguahelas: mootoriajami või induktiivse energiasalvestusahela korral võib vabakäigudioodi lühis{0}} kahjustada energia tagasiside teed. Näiteks teatud elektrisõiduki inverteri projektis rakendati vabakäigudioodi lühise tõttu mootori tagasuunav elektromotoorjõud otse toiteseadmele, põhjustades IGBT-mooduli plahvatuse 100 μs jooksul.
(2) Kaitsemehhanismi rike
Vastupööramisvastase kaitse rike: alalisvoolusüsteemides võib lühis vastupidises dioodis põhjustada seadme otseseid kahjustusi, kui toite polaarsus on vastupidine. Teatud andmekeskuse UPS-i projekt kandis kahjusid üle 500 000 jüaani anti-pöörddioodi lühise- tõttu, mille tõttu põles alaldi moodul hooldusvea käigus läbi.
Ülepingekaitse ümbersõit: TVS-dioodi lühis kaotab oma kinnitusfunktsiooni ja ülepinge edastatakse otse järgmisesse vooluringi. Teatud fotogalvaanilise massiivi projekti TVS-i dioodi lühise tõttu tõusis komponentide väljundpinge 1000 V-ni (nimiväärtus 600 V), põhjustades ulatuslikke-inverteri rikkeid.
(3) Termilise jooksmise oht
Lühis põhjustab voolutee muutumise, mille tulemuseks on kohaliku voolutiheduse oluline suurenemine. Tuuleenergia muunduri projekti katse näitas, et pärast dioodi lühist tõusis külgnevate toiteseadmete ühendustemperatuur 2 sekundi jooksul 85 kraadilt 200 kraadini, põhjustades ahela termilise jooksmise.

2, dioodide avatud vooluringi rikete süsteemsed ohud
1. Avatud ahela mehhanism ja tüüpilised stsenaariumid
Avatud vooluring on tavaliselt põhjustatud keevitamise kokkuvarisemisest, laastu purunemisest või plii purunemisest. Vibratsiooniga keskkondades (nt elektrisõidukid) on plii väsimusmurd sagedaseks põhjuseks; Kõrge temperatuuriga stsenaariumide korral võib pakendi ja kiibi soojuspaisumise koefitsiendi mittevastavus põhjustada pragunemist.

2. Süsteemitaseme mõju
(1) Energiaülekande katkestus
Alalduse väljundkadu: kolmefaasilises{0}}alaldusahelas põhjustab diood avatud vooluringis väljundpinge pulsatsiooni suurenemist. Teatud tööstusliku toiteallika projekt põhjustas dioodi lahtise vooluringi tõttu väljundpinge pulsatsiooni tõusu 5%-lt 30%-le, mille tulemuseks oli koormusseadmete vale töö.
Lahtiühendatud vabakäiguahel: Induktiivses energiasalvestusahelas võib avatud vabakäigudiood põhjustada induktiivpooli energia mitte kuhugi vabanemise, mille tulemuseks on kõrge pinge hüppeid. Teatud LED-draiveri projektis tekkis vabajooksudioodi avatud vooluahela tõttu induktiivpooli pinge tõus 800 V-ni (nimiväärtus 400 V), mille tulemuseks oli MOSFET-i rike.
(2) Kaitsefunktsiooni kaotus
Liigvoolukaitse rike: Kui paralleeldioodide rühmas on üks dioodidest avatud, peavad ülejäänud dioodid kandma suuremat voolu. Teatud energiasalvestise aku tasakaalustusahela projekt põhjustas ühe dioodi avatud vooluahela tõttu teiste dioodide ülekoormuse ja läbipõlemise, mille tulemuseks oli aku ülelaadimine.
Isolatsioonifunktsiooni tõrge: fotogalvaanilise mooduli taseme kaitse puhul võib möödaviigudioodi avatud vooluahel teravdada kuuma punkti efekti. Teatud fotogalvaanilise elektrijaama projekti möödaviikdioodi avatud vooluahela tõttu tõusis teatud komponendi temperatuur varjutakistusel 150 kraadini, põhjustades klaasi purunemise.
(3) Süsteemi stabiilsus väheneb
Avatud vooluahel võib põhjustada muutusi vooluringi topoloogias, mis võib põhjustada resonantsi või võnkumist. Teatud elektrisõiduki laadimismooduli projektis ilmnes dioodi lahtine vooluring, mille tõttu LLC resonantsahel muutus lahti ja väljundpinge kõikus rohkem kui ± 15%, mis käivitas kaitseseiskamise.

3, Tüüpiliste energiasüsteemide rikete tagajärjed
1. Fotogalvaaniline elektritootmissüsteem
Komponendi tasemel kokkupõrge: Möödaviidioodi avatud vooluring võib osaliselt ummistumisel põhjustada komponendi termilise punkti temperatuuri ületamist piiri, mis kiirendab pakkematerjali vananemist; Lühis võib põhjustada alalisvoolu külgkaare rikke. 5MW fotogalvaanilise elektrijaama statistika kohaselt moodustavad dioodirikked 18% komponentide riketest, mille tulemuseks on üle 500 000 kWh elektritootmise aastane kadu.
Inverteri taseme mõju: alaldi dioodi lühis võib põhjustada kontrollimatut alalisvoolu siini pinget, mis põhjustab IGBT-mooduli plahvatuse; Avatud vooluahel põhjustab katkendlikku sisendvoolu, põhjustades trafo müra ja vibratsiooni.
2. Energia salvestamise süsteem
Aku tasakaalustamise mõju: tasakaalustusahela dioodi avatud vooluahel võib suurendada aku ebaühtlust ja lühendada tsükli eluiga; Lühis võib põhjustada ülelaadimist/ülelaadimist. Teatud energiasalvestava elektrijaama projekti tasakaalustusdioodi rikke tõttu on akupaki võimsuse vähenemise kiirus kasvanud 3%-lt aastas 8%-ni aastas.
DC/DC muundamise mõju: sünkroonse alaldi dioodi avatud vooluring võib viia efektiivsuse vähenemiseni üle 10%; Lühis võib põhjustada väljundpinge ületamist.
3. Elektrisõidukite laadimissüsteem
Laadimismooduli mõju: PFC-ahela dioodi lühis võib põhjustada sisendvoolu moonutuste määra ületada standardit, käivitades võrgu kaitse; Avatud vooluring põhjustab võimsusteguri langemise alla 0,7 ja toob kaasa trahvi elektrivõrgust.
Autolaadija mõju: väljundalaldi dioodi lahtine vooluahel põhjustab laadimise katkestuse; Lühis võib põhjustada aku liigpinget. Teatud sõiduki tagasikutsumise juhtumis kutsuti väljunddioodi lühise ohu tõttu tagasi üle 20 000 sõiduki.
4, rikete diagnostika ja kaitsestrateegia
1. Interneti-seire tehnoloogia
Pinge/voolu jälgimine: dioodi pinge ja voolu jälgimine reaalajas Halli andurite kaudu, mis käivitab häire, kui ebanormaalne kõikumine ületab 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 kraadi), lülitub see automaatselt välja.
Takistusspektri analüüs: sisestades kõrgsageduslikke signaale, et tuvastada dioodide samaväärset järjestikust takistust, läheneb takistus avatud vooluringis lõpmatusele ja lühise korral nullile.
2. Üleliigne disain
Paralleelliias: Kriitilistes ahelates on paralleelselt ühendatud mitu dioodi ja süsteem saab siiski töötada ka ühe rikke korral. Näiteks teatud tuuleenergia inverter kasutab 4 paralleelset SiC dioodi ja süsteemi efektiivsus väheneb vaid 2% pärast ühte avatud vooluringi.
Varutee: Paigaldage mehaaniline lüliti paralleelselt dioodiga anti-tagurdusahelasse ja lülituge dioodi rikke korral automaatselt lülititeele.
3. Materjalide ja protsesside uuendamine
Niiskuskindel pakend: keraamilist või õhukindlat pakendit kasutatakse töökindluse kontrollimiseks kahekordse 85 testimise teel (85 kraadi / 85% suhteline niiskus / 1000 h).
Madala pingega jootmine: kasutage pliivaba -jootet ja elastseid juhtmeid, et kontrollida väsimuskindlust vibratsioonitesti abil (nt 5–2000 Hz/10g).
5, Juhtumiuuring: dioodi rike avamere tuuleenergia muunduris
Teatud avamere tuuleenergia projekt asub taifuuniohtlikus piirkonnas ja algses disainis kasutati tavalisi räni{0}}põhiseid dioode. Pärast 2-aastast töötamist purunes vibratsiooni tõttu mitu dioodi juhet (avatud vooluring) ja 3 dioodi lühises soolapihustuskorrosiooni tõttu. Talitlushäire, mis põhjustab:

Energia ülekande katkestus: 12 inverterit seiskusid, mille tulemuseks on üle 50 MWh päevase elektritootmise kadu inverteri kohta;
Seadmete ahela kahjustused: IGBT-mooduli plahvatus, mis on põhjustatud lühisest, remondi maksumus ületab 2 miljonit jüaani;
Süsteemi stabiilsuse halvenemine: avatud vooluring põhjustab katkendlikku sisendvoolu ja trafo müra ulatub 85 dB-ni (disain<65dB).
Parandusplaan sisaldab:

Seadme uuendamine: asendada SiC dioodide ja keraamiliste pakenditega;
Konstruktsiooni tugevdamine: vibratsiooni vähendavate klambrite ja kolme kattekihi kasutamine;
Järelevalve uuendus: juurutage infrapuna temperatuuri- ja vibratsiooniandurid.
Pärast täiustamist on süsteem pidevalt töötanud 3 aastat ilma dioodide riketeta, aastane elektritootmine on kasvanud 12% ja hoolduskulud vähenenud 70%.