डायोड टूटने का इन्वर्टर पर क्या प्रभाव पड़ता है?

और, डायोड ब्रेकडाउन के प्रकार और भौतिक तंत्र
डायोड ब्रेकडाउन को दो प्रकारों में विभाजित किया जा सकता है: विद्युत ब्रेकडाउन और थर्मल ब्रेकडाउन, और उनके भौतिक तंत्र भौतिक गुणों, डोपिंग एकाग्रता, तापमान और अन्य कारकों से निकटता से संबंधित हैं।

1. इलेक्ट्रिक ब्रेकडाउन: एक प्रतिवर्ती शारीरिक प्रक्रिया
इलेक्ट्रिक ब्रेकडाउन में दो तंत्र शामिल हैं: जेनर ब्रेकडाउन और हिमस्खलन ब्रेकडाउन

जेनर ब्रेकडाउन: अत्यधिक डोप्ड पीएन जंक्शनों (जैसे वोल्टेज रेगुलेटर) में होता है, जहां कमी परत की चौड़ाई बेहद संकीर्ण होती है (<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 (>10μm). रिवर्स वोल्टेज अल्पसंख्यक वाहकों को गति देता है, जिससे वे जाली से टकराते हैं और नए वाहक उत्पन्न करते हैं, जिससे हिमस्खलन श्रृंखला प्रतिक्रिया होती है। हिमस्खलन ब्रेकडाउन वोल्टेज आम तौर पर 6V से अधिक होता है और इसमें सकारात्मक तापमान गुणांक होता है (तापमान के साथ ब्रेकडाउन वोल्टेज बढ़ता है)।
इलेक्ट्रिक ब्रेकडाउन मूलतः एक प्रतिवर्ती शारीरिक प्रक्रिया है।

2. थर्मल ब्रेकडाउन: अपरिवर्तनीय विनाशकारी विफलता
जब बिजली के टूटने के बाद रिवर्स करंट बढ़ता रहता है, या जब सर्किट में अनंत करंट उपाय किए जाते हैं, तो पीएन जंक्शन की बिजली खपत सीमा मूल्य से अधिक हो जाती है, जिसके परिणामस्वरूप जंक्शन तापमान में तेज वृद्धि होती है। इस बिंदु पर, सहसंयोजक बंधन में वैलेंस इलेक्ट्रॉन परमाणु बाधाओं से मुक्त होने के लिए पर्याप्त ऊर्जा प्राप्त करते हैं, जिससे बड़ी संख्या में मुक्त इलेक्ट्रॉन छेद जोड़े बनते हैं, जिससे वर्तमान वृद्धि तेज हो जाती है और एक सकारात्मक प्रतिक्रिया लूप बनता है। आख़िरकार, ज़्यादा गरम होने के कारण पीएन जंक्शन पिघल जाता है, जिससे एक स्थायी शॉर्ट सर्किट बनता है, जिसे थर्मल ब्रेकडाउन के रूप में जाना जाता है। थर्मल ब्रेकडाउन अपरिवर्तनीय है, और डायोड पूरी तरह से अपना कार्य खो देगा।

2, डायोड टूटने का सीधा नुकसान इनवर्टर को होता है
इनवर्टर में डायोड का उपयोग मुख्य रूप से सुधार, फ़्रीव्हीलिंग और क्लैम्पिंग के लिए किया जाता है, और उनके टूटने से विभिन्न पथों में दोष फैल सकता है।

1. डायोड ब्रेकडाउन को सुधारना: पावर शॉर्ट सर्किट और कैपेसिटर विस्फोट
फोटोवोल्टिक इनवर्टर या औद्योगिक बिजली स्रोतों में, रेक्टिफायर ब्रिज में 6 डायोड (3 सामान्य कैथोड और 3 सामान्य एनोड) होते हैं। यदि शॉर्ट सर्किट बनाने के लिए एकल डायोड को थर्मल रूप से तोड़ दिया जाता है, तो यह डीसी बस के सकारात्मक और नकारात्मक ध्रुवों को सीधे संचालित करने का कारण बनेगा, जिससे पावर शॉर्ट सर्किट हो जाएगा। इस बिंदु पर, फिल्टरिंग कैपेसिटर ओवरकरंट के कारण तेजी से गर्म हो जाता है, जिससे इलेक्ट्रोलाइट वाष्पीकृत हो जाता है और फैल जाता है, जिससे विस्फोट हो सकता है। उदाहरण के लिए, एक निश्चित फोटोवोल्टिक पावर स्टेशन में, रेक्टिफायर डायोड के टूटने से डीसी साइड कैपेसिटर फट गया, जिसके परिणामस्वरूप पूरा इन्वर्टर मॉड्यूल नष्ट हो गया और 100000 युआन से अधिक का प्रत्यक्ष आर्थिक नुकसान हुआ।
2. क्लैंप डायोड टूटना: बस वोल्टेज नियंत्रण से बाहर
बहुस्तरीय इनवर्टर में, डीसी बस वोल्टेज के उतार-चढ़ाव को सीमित करने के लिए क्लैंप डायोड का उपयोग किया जाता है। यदि क्लैंपिंग डायोड टूट जाता है, तो बस वोल्टेज आईजीबीटी झेलने वाली वोल्टेज सीमा से अधिक हो सकता है, जिससे चेन टूट सकती है। उदाहरण के लिए, एक मध्यम वोल्टेज आवृत्ति कनवर्टर ने क्लैंप डायोड के टूटने का अनुभव किया, जिससे डीसी बस वोल्टेज 600V से 900V तक बढ़ गया, जिसके परिणामस्वरूप सभी 12 IGBT मॉड्यूल क्षतिग्रस्त हो गए और सिस्टम शटडाउन का समय 72 घंटे तक हो गया।

3, डायोड ब्रेकडाउन के सिस्टम स्तर पर प्रभाव
1. विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप (ईएमआई) और सिग्नल विरूपण
जब एक डायोड टूट जाता है, तो शॉर्ट सर्किट करंट में तेजी से बदलाव उच्च आवृत्ति विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप उत्पन्न करेगा, जो परजीवी कैपेसिटेंस के माध्यम से नियंत्रण सर्किट से जुड़ा होता है और आईजीबीटी ड्राइव सिग्नल के विरूपण का कारण बनता है। पवन ऊर्जा कनवर्टर मामले में, फ्रीव्हीलिंग डायोड के टूटने के कारण ईएमआई हस्तक्षेप के परिणामस्वरूप आईजीबीटी ड्राइव सिग्नल की 10 μs पल्स हानि हुई, जिससे मोटर टॉर्क में 20% से अधिक उतार-चढ़ाव हुआ और एक यांत्रिक कंपन अलार्म चालू हो गया।
2. सुरक्षा सर्किट का गलत संचालन और सिस्टम पक्षाघात
आधुनिक इनवर्टर आमतौर पर ओवरकरंट, ओवरवोल्टेज और अधिक तापमान संरक्षण कार्यों से सुसज्जित होते हैं। हालाँकि, डायोड के टूटने से सुरक्षा सर्किट का गलत मूल्यांकन हो सकता है:
ओवरकरंट सुरक्षा का गलत संचालन: शॉर्ट सर्किट करंट को लोड में अचानक बदलाव के लिए गलत समझा जा सकता है, जिससे करंट सीमित सुरक्षा शुरू हो जाती है और सिस्टम व्युत्पन्न ऑपरेशन का कारण बनता है;
ओवरवॉल्टेज सुरक्षा विफलता: यदि क्लैंप डायोड टूट जाता है, तो बस वोल्टेज मॉनिटरिंग बिंदु विफल हो जाता है, और ओवरवॉल्टेज सुरक्षा सक्रिय नहीं हो सकती है;
अधिक तापमान से सुरक्षा में देरी: डायोड ब्रेकडाउन बिंदु पर तापमान सेंसर मॉनिटरिंग बिंदु के तापमान से अधिक हो सकता है, जिससे अधिक तापमान से सुरक्षा को ट्रिगर करने में देरी हो सकती है।
एक निश्चित रेल ट्रांजिट में ट्रैक्शन इन्वर्टर के मामले में, रेक्टिफायर डायोड के टूटने से ओवरकरंट सुरक्षा का गलत संचालन हुआ, जिसके परिणामस्वरूप सिस्टम का संचालन बार-बार ख़राब हो गया। आखिरकार, गर्मी जमा होने के कारण आईजीबीटी मॉड्यूल में विस्फोट हो गया और ट्रेन 12 घंटे तक रुकी रही।
4, सुरक्षा रणनीति और विश्वसनीयता डिजाइन
1. सर्किट डिजाइन: अतिरेक और वर्तमान सीमित
निरर्थक डिज़ाइन: रेक्टिफायर ब्रिज में, एक "एन +1" निरर्थक कॉन्फ़िगरेशन अपनाया जाता है, जिसका अर्थ है कि अतिरिक्त डायोड समानांतर में जुड़े हुए हैं। जब एक भी डायोड टूट जाता है, तब भी सिस्टम कम क्षमता पर काम कर सकता है;
करंट सीमित करने वाला अवरोधक: पीक शॉर्ट सर्किट करंट को सीमित करने के लिए छोटे प्रतिरोध प्रतिरोधों (जैसे 0.1 Ω/5W) को डायोड के पार श्रृंखला में कनेक्ट करें;
आरसी बफर सर्किट: टर्न-ऑफ ओवरवॉल्टेज को अवशोषित करने और डायोड के रिवर्स तनाव को कम करने के लिए आईजीबीटी डायोड समानांतर सर्किट में एक आरसी बफर सर्किट (जैसे सी =0.1 μ एफ, आर =10 Ω) जोड़ें।
2. सिस्टम मॉनिटरिंग: वास्तविक समय पर निदान और पूर्वानुमानित रखरखाव
इन्फ्रारेड थर्मल इमेजिंग का पता लगाना: इन्फ्रारेड थर्मल इमेजर के माध्यम से डायोड शेल तापमान की वास्तविक समय की निगरानी, ​​​​जब तापमान 15 डिग्री के रेटेड मूल्य से अधिक हो जाता है तो अलार्म चालू हो जाता है;
विद्युत पैरामीटर मॉनिटरिंग: करंट सेंसर (जैसे हॉल सेंसर) के माध्यम से डायोड करंट की वास्तविक समय की निगरानी, ​​और जब करंट रेटेड मूल्य से 1.2 गुना से अधिक हो जाता है तो सुरक्षा सक्रिय हो जाती है;
एआई दोष भविष्यवाणी: डायोड के शेष जीवन (आरयूएल) की भविष्यवाणी करने और उच्च जोखिम वाले घटकों को पहले से बदलने के लिए ऐतिहासिक डेटा के आधार पर मशीन लर्निंग मॉडल को प्रशिक्षित करें।