Hva er konsekvensene av diodekortslutning eller åpen krets på energisystemet?

一, Kjedereaksjon av diodekortslutningsfeil
1. Kortslutningsmekanisme og utløsningsforhold
En diode kortslutning er vanligvis forårsaket av chip sammenbrudd, emballasje sprekker, eller dårlig lodding. I miljøer med høy temperatur og høy luftfuktighet kan fuktighetsabsorpsjon og utvidelse av emballasjematerialer føre til at det indre metalliseringslaget bryter; I overspenningsscenarier kan PN-kryss ledes permanent på grunn av snøskred. For eksempel opplevde et fotovoltaisk inverterprosjekt en kortslutning innen 10 ms på grunn av omvendt overspenning av dioden forårsaket av lynnedslag.

2. Påvirkning på systemnivå
(1) Endring i energioverføringsvei
Feil i likeretterkrets: I en bro likeretterkrets, hvis en diode er kortsluttet, vil det føre til direkte ledning mellom AC- og DC-sidene, noe som fører til transformator- eller induktormetning. På grunn av en kortslutning i likeretterdioden til et bestemt energilagringssystemprosjekt, økte inngangsstrømmen til tre ganger nominell verdi, og transformatoren brant ut innen 5 sekunder.
Kortslutning i frihjulskretsen: I motordrevne eller induktive energilagringskretser kan en kortslutning i frihjulsdioden skade energitilbakekoblingsbanen. For eksempel, i et bestemt elektrisk kjøretøyomformerprosjekt, på grunn av en kortslutning i frihjulsdioden, ble den bakre elektromotoriske kraften til motoren direkte påført kraftenheten, noe som fikk IGBT-modulen til å eksplodere innen 100 μs.
(2) Feil på beskyttelsesmekanismen
Antireverseringsfeil: I DC-systemer kan en kortslutning i antireversdioden forårsake direkte skade på utstyret når strømpolariteten er reversert. UPS-prosjektet i et bestemt datasenter led tap på over 500 000 yuan på grunn av en kort-slutning av antireversdioden, noe som førte til at likerettermodulen ble utbrent under vedlikeholdsfeil.
Overspenningsbeskyttelse bypass: TVS diode kortslutning vil føre til at den mister sin klemfunksjon, og overspenning vil bli direkte overført til den påfølgende kretsen. På grunn av en TVS-diodekortslutning i et bestemt fotovoltaisk array-prosjekt, steg utgangsspenningen til komponentene til 1000V (klassifisert 600V), noe som forårsaket stor-omformerfeil.
(3) Risiko for termisk løping
En kortslutning forårsaker en endring i strømbanen, noe som resulterer i en betydelig økning i lokal strømtetthet. En test av et vindkraftomformerprosjekt viste at etter en diodekortslutning steg overgangstemperaturen til tilstøtende kraftenheter fra 85 grader til 200 grader i løpet av 2 sekunder, noe som førte til at kjeden løp.

2, Systemiske farer ved diode åpen krets feil
1. Åpen kretsmekanisme og typiske scenarier
Åpen krets er vanligvis forårsaket av sveisekollaps, sponbrudd eller blybrudd. I vibrasjonsmiljøer (som elektriske kjøretøy) er blytretthetsbrudd en vanlig årsak; I høytemperaturscenarier kan misforholdet mellom den termiske ekspansjonskoeffisienten til emballasje og brikke føre til sprekker.

2. Påvirkning på systemnivå
(1) Energioverføringsavbrudd
Likerettingstap: I en trefase likerettingskrets, hvis en diode er åpen, vil det føre til en økning i utgangsspenningsrippel. Et visst industrielt strømforsyningsprosjekt førte til at utgangsspenningsrippelen økte fra 5 % til 30 % på grunn av diodens åpne krets, noe som resulterte i feildrift av lastutstyret.
Frakoblet frihjulskrets: I en induktiv energilagringskrets kan en åpen frihjulsdiode føre til at energien til induktoren ikke frigjøres noe sted, noe som resulterer i høyspenningstopper. Et visst LED-driverprosjekt opplevde en økning i induktorspenning til 800V (klassifisert 400V) på grunn av en åpen krets i frihjulsdioden, noe som resulterte i MOSFET-havari.
(2) Tap av beskyttelsesfunksjon
Overstrømbeskyttelsesfeil: I en parallell diodegruppe, hvis en av diodene er åpen, må de resterende diodene bære en større strøm. Et visst energilagringsbatteribalanseringskretsprosjekt forårsaket overbelastning og utbrenning av andre dioder på grunn av en åpen krets av en diode, noe som resulterte i overlading av batteripakken.
Isolasjonsfunksjonsfeil: Ved beskyttelse av solcellemodulnivå kan en åpen krets i bypass-dioden forverre hot spot-effekten. På grunn av den åpne kretsen til bypass-dioden i et bestemt fotovoltaisk kraftverksprosjekt, steg temperaturen til en viss komponent til 150 grader under skyggehindringer, noe som forårsaket glassbrudd.
(3) Systemstabiliteten reduseres
Åpen krets kan forårsake endringer i kretstopologien, noe som kan føre til resonans eller oscillasjon. Et visst lademodulprosjekt for elektriske kjøretøy opplevde en åpen diodekrets, noe som førte til at LLC-resonanskretsen ble avstemt og utgangsspenningen fluktuerte med mer enn ± 15 %, noe som utløste en beskyttende avstengning.

3, Konsekvenser av feil i typiske energisystemer
1. Fotovoltaisk kraftproduksjonssystem
Komponentnivåpåvirkning: En åpen krets i bypass-dioden kan føre til at den termiske punkttemperaturen til komponenten overskrider grensen når den er delvis blokkert, og akselererer aldring av emballasjematerialet; Kortslutning kan forårsake DC-sidebuefeil. I følge statistikk fra en 5MW solcellekraftstasjon står diodefeil for 18 % av komponentfeil, noe som resulterer i et årlig tap på over 500 000 kWh kraftproduksjon.
Inverternivåpåvirkning: Kortslutning av likeretterdiode kan forårsake ukontrollert DC-bussspenning, noe som fører til IGBT-moduleksplosjon; Åpen krets fører til intermitterende inngangsstrøm, som forårsaker transformatorstøy og vibrasjoner.
2. Energilagringssystem
Batteribalanseringspåvirkning: En åpen krets i balanseringskretsdioden kan føre til økt inkonsekvens i batteripakken og forkorte syklusens levetid; En kortslutning kan forårsake overlading/overutlading. På grunn av en feil i balanseringsdioden til et bestemt energilagringskraftverksprosjekt, har kapasitetsdegraderingshastigheten til batteripakken økt fra 3 %/år til 8 %/år.
DC/DC-konverteringseffekt: Åpen krets av synkron likeretterdiode kan føre til en reduksjon i effektivitet på mer enn 10 %; Kortslutning kan forårsake overskridelse av utgangsspenningen.
3. Ladesystem for elektriske kjøretøy
Lademodulpåvirkning: PFC-kretsdiodekortslutning kan føre til at inngangsstrømforvrengningshastigheten overskrider standarden, og utløser nettbeskyttelse; En åpen krets vil føre til at effektfaktoren faller under 0,7 og gir bot fra strømnettet.
Virkning av billader: Åpen krets for utgangs likeretterdiode vil forårsake ladeavbrudd; En kortslutning kan forårsake overspenning i batteriet. I en viss hendelse med tilbakekalling av kjøretøy ble over 20 000 kjøretøy tilbakekalt på grunn av risikoen for kortslutning av utgangsdiode.
4, Feildiagnose og beskyttelsesstrategi
1. Online overvåkingsteknologi
Spennings-/strømovervåking: Sanntidsovervåking av spenning og strøm over dioden gjennom Hall-sensorer, utløser en alarm hvis det er en unormal svingning som overstiger 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 grader), vil den automatisk slå seg av.
Impedansspektrumanalyse: Ved å injisere høyfrekvente-signaler for å oppdage den ekvivalente seriemotstanden til dioder, nærmer impedansen seg uendelig i åpen krets og null ved kortslutning.
2. Redundant design
Parallell redundans: Flere dioder kobles parallelt i kritiske kretser, og systemet kan fortsatt fungere ved en enkelt feil. For eksempel bruker en viss vindkraftinverter 4 parallelle SiC-dioder, og systemeffektiviteten reduseres kun med 2 % etter en enkelt åpen krets.
Backup-bane: Installer en mekanisk bryter parallelt med en diode i antireverskretsen, og bytt automatisk til bryterbanen når dioden svikter.
3. Material- og prosessoppgraderinger
Fuktbestandig emballasje: Keramisk eller lufttett emballasje brukes for å verifisere påliteligheten gjennom dobbel 85-testing (85 grader /85 % RF/1000h).
Lodding med lav spenning: Bruk bly-fri loddemetall og elastiske ledninger for å bekrefte utmattelsesmotstanden gjennom vibrasjonstesting (for eksempel 5-2000Hz/10g).
5, Case Study: Diode Fault in Offshore Wind Power Converter
Et visst vindkraftprosjekt til havs er lokalisert i et tyfonutsatt område, og den opprinnelige designen brukte vanlige silisiumbaserte-dioder. Etter 2 års drift ble flere diodeledninger brutt (åpen krets) på grunn av vibrasjon, og 3 dioder ble kortsluttet på grunn av saltspraykorrosjon. Feil som forårsaker:

Energioverføringsavbrudd: 12 omformere slås av, noe som resulterer i et daglig tap på over 50MWh kraftproduksjon per omformer;
Utstyrskjedeskade: IGBT-moduleksplosjon forårsaket av kortslutning, reparasjonskostnadene overstiger 2 millioner yuan;
Systemstabilitetsdegradering: Åpen krets fører til intermitterende inngangsstrøm, og transformatorstøy når 85dB (design<65dB).
Forbedringsplanen inkluderer:

Enhetsoppgradering: Bytt ut med SiC-dioder og keramisk emballasje;
Strukturell forsterkning: ved hjelp av vibrasjonsreduksjonsbraketter og tre motstandsdyktige belegg;
Overvåkingsoppgradering: Utplasser infrarøde temperatur- og vibrasjonssensorer.
Etter forbedring har systemet kjørt kontinuerlig i 3 år uten diodefeil, med en årlig kraftproduksjonsøkning på 12 % og en reduksjon i vedlikeholdskostnadene på 70 %.