Milline on dioodi rikke mõju inverterile?

一, Dioodi purunemise tüübid ja füüsikalised mehhanismid
Dioodide purunemise võib jagada kahte tüüpi: elektriline läbilöök ja termiline purunemine ning nende füüsikalised mehhanismid on tihedalt seotud materjali omaduste, dopingu kontsentratsiooni, temperatuuri ja muude teguritega.

1. Elektriline rike: pöörduv füüsiline protsess
Elektriline rike sisaldab kahte mehhanismi: Zeneri rike ja laviini purunemine

Zeneri rike: esineb tugevalt legeeritud PN-ühendustes (näiteks pingeregulaatorites), kus tühjenduskihi laius on äärmiselt kitsas (<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). Pöördpinge kiirendab vähemuskandjaid, põhjustades nende põrkumise võrega ja genereerides uusi kandjaid, moodustades laviini ahelreaktsiooni. Laviini läbilöögipinge on üldiselt kõrgem kui 6V ja sellel on positiivne temperatuurikoefitsient (läbilöögipinge tõuseb koos temperatuuriga).
Elektriline rike on sisuliselt pöörduv füüsiline protsess.

2. Termiline rike: pöördumatu katastroofiline rike
Kui pöördvool pärast elektrikatkestust jätkab suurenemist või vooluringis lõpmatu voolu mõõtmist, ületab PN-siirde voolutarve piirväärtust, mille tulemuseks on ristmiku temperatuuri järsk tõus. Sel hetkel saavad kovalentses sidemes olevad valentselektronid piisavalt energiat, et vabaneda aatomipiirangutest, moodustades suure hulga vabu elektronide aukude paare, mis veelgi süvendab voolu kasvu ja moodustab positiivse tagasiside ahela. Lõpuks sulab PN-ristmik ülekuumenemise tõttu, moodustades püsiva lühise, mida nimetatakse termiliseks purunemiseks. Termiline purunemine on pöördumatu ja diood kaotab täielikult oma funktsiooni.

2, Dioodi rikke otsene kahju inverteritele
Inverterites olevaid dioode kasutatakse peamiselt alaldamiseks, vabakäiguks ja klambriks ning nende rike võib põhjustada rikete levikut erinevatel radadel.

1. Alaldusdioodi rike: toite lühis ja kondensaatori plahvatus
Fotogalvaanilistes inverterites või tööstuslikes toiteallikates koosneb alaldi sild 6 dioodist (3 ühiskatoodist ja 3 ühisanoodist). Kui üks diood lagundatakse termiliselt, et moodustada lühis, põhjustab see alalisvoolu siini positiivse ja negatiivse pooluse otsejuhtimist, mis põhjustab toite lühise. Sel hetkel kuumeneb filtreeriv kondensaator liigvoolu tõttu kiiresti, põhjustades elektrolüüdi aurustumist ja paisumist, mis võib põhjustada plahvatuse. Näiteks teatud fotogalvaanilises elektrijaamas põhjustas alaldi dioodi rike alalisvoolu küljekondensaatori plahvatuse, mille tulemuseks oli kogu inverteri mooduli lammutamine ja otsene majanduslik kahju üle 100 000 jüaani.
2. Klamberdioodi rike: siini pinge on kontrolli alt väljas
Mitmetasandilistes inverterites kasutatakse alalisvoolu siini pinge kõikumiste piiramiseks klamberdioode. Kui kinnitusdiood puruneb, võib siini pinge ületada IGBT vastupidavuse pingevahemikku, põhjustades ahela katkemise. Näiteks tekkis keskpinge sagedusmuunduril klamberdioodi rike, mille tõttu alalisvoolu siini pinge tõusis 600 V-lt 900 V-le, mille tulemuseks oli kõigi 12 IGBT-mooduli kahjustus ja süsteemi väljalülitusaeg kuni 72 tundi.

3, dioodi rikke mõju süsteemi tasemel
1. Elektromagnetilised häired (EMI) ja signaali moonutused
Kui diood puruneb, tekitab lühise{0}}voolu kiire muutus-kõrgsageduslikke elektromagnetilisi häireid, mis on parasiitmahtuvuse kaudu ühendatud juhtahelaga ja põhjustab IGBT-draivi signaali moonutusi. Tuuleenergia muunduri puhul põhjustasid vabajooksudioodi rikkest põhjustatud EMI-häired IGBT-ajami signaali 10 μs impulsi kadu, põhjustades mootori pöördemomendi kõikumise üle 20% ja käivitades mehaanilise vibratsioonihäire.
2. Kaitseahela vale töö ja süsteemi halvatus
Kaasaegsed inverterid on tavaliselt varustatud ülevoolu-, ülepinge- ja ületemperatuuri kaitsefunktsioonidega. Dioodi rike võib aga põhjustada kaitseahela vale hinnangu:
Liigvoolukaitse vale töö: lühisevoolu võib ekslikult pidada koormuse äkiliseks muutuseks, mis käivitab voolu piirava kaitse ja põhjustab süsteemi tühjenemise;
Ülepingekaitse rike: kui klamberdiood puruneb, siis siini pinge jälgimispunkt ebaõnnestub ja ülepingekaitset ei saa aktiveerida;
Ülekuumenemise kaitse viivitus: temperatuur dioodi purunemispunktis võib olla kõrgem kui anduri seirepunkti temperatuur, mis põhjustab viivitust ülekuumenemiskaitse käivitamisel.
Tõmbeinverteri korral teatud raudteetransiidil põhjustas alaldi dioodi rike liigvoolukaitse tõrkeid, mille tulemuseks oli süsteemi sagedane nõrgenemine. Lõpuks plahvatas soojuse akumuleerumise tõttu IGBT-moodul ja rong seisis 12 tunniks.
4, kaitsestrateegia ja töökindluse disain
1. Vooluahela ülesehitus: koondamine ja voolu piiramine
Üleliigne konstruktsioon: alaldisillas on üleliigne konfiguratsioon "N+1", mis tähendab, et täiendavad dioodid on paralleelselt ühendatud. Kui üks diood katki läheb, saab süsteem siiski töötada vähendatud võimsusega;
Voolu piirav takisti: ühendage väikesed takistustakistid (nt 0,1 Ω/5W) dioodiga järjestikku, et piirata lühise tippvoolu{2}};
RC-puhverahel: lisage IGBT-dioodi paralleelahelale RC-puhverahel (nagu C=0.1 μ F, R=10 Ω), et absorbeerida väljalülitusliigpinget ja vähendada dioodi pöördpinget.
2. Süsteemi jälgimine: reaalajas-diagnoosimine ja prognoositav hooldus
Infrapuna-termopildi tuvastamine: dioodi kesta temperatuuri reaalajas jälgimine infrapuna-termokaamera kaudu, käivitades häire, kui temperatuur ületab nimiväärtust 15 kraadi;
Elektriliste parameetrite jälgimine: dioodivoolu jälgimine reaalajas läbi vooluandurite (nt Halli andurid) ja kaitse aktiveerub, kui vool ületab nimiväärtust 1,2 korda;
AI veaprognoos: koolitage ajaloolistel andmetel põhinevaid masinõppemudeleid, et ennustada dioodide järelejäänud eluiga (RUL) ja asendada eelnevalt kõrge{0}}riskiga komponendid.