Comment remplacer sur site les diodes défectueuses des équipements énergétiques ?

一, Diagnostic et localisation des défauts
1. Identification du phénomène et jugement préliminaire
Inspection de l'apparence : observez si le boîtier de diodes est fissuré, si les broches sont oxydées ou brûlées (comme les broches noires dans le boîtier TO-220). Dans le cas d’un convertisseur d’énergie éolienne, l’oxydation des broches des diodes a provoqué une augmentation de la résistance de contact, entraînant une surchauffe locale.
Odeur et son : La diode défectueuse peut émettre une odeur de brûlé ou être accompagnée d'un léger bruit d'arc (comme le "crépitement" produit lors d'une panne inversée).
Température anormale : en utilisant une caméra thermique infrarouge pour la détection, la température de jonction de la diode défectueuse peut être de 20 à 50 degrés supérieure à celle des appareils normaux. Dans un certain cas d'onduleur photovoltaïque, la température de jonction de la diode a atteint 140 degrés (valeur normale inférieure ou égale à 110 degrés), déclenchant une protection contre la surchauffe.
2. Test des paramètres électriques
Tests hors ligne : utilisez le testeur LCR pour mesurer les paramètres statiques, en mettant l'accent sur :
Chute de tension directe (VF) : la VF des diodes Schottky doit être inférieure ou égale à 0,5 V (comme 1N5819). Si la valeur mesurée est supérieure à 0,7 V, cela indique un vieillissement de l'appareil.
Courant de fuite inverse (IR) : lorsque VR=800V, l'IR d'une diode 1 000 V doit être inférieur ou égal à 10 μ A. S'il dépasse 50 μ A, il doit être remplacé.
Temps de récupération inverse (Trr) : Le Trr de la diode de récupération rapide doit être inférieur ou égal à 50 ns (comme MUR860). S'il dépasse 100 ns, cela affectera l'efficacité de la commutation.
Tests en ligne : capturez la forme d'onde de tension aux deux extrémités de la diode via un oscilloscope. Lorsqu'une panne inverse se produit, un pic négatif (tel que -10 V) apparaîtra, tandis que la forme d'onde normale doit être une forme d'onde rectifiée en douceur.
3. Analyse des causes profondes des défauts
Overvoltage breakdown: Check if the driving circuit generates a spike voltage (such as dv/dt>5kV/μ s lorsque l'IGBT est éteint).
Brûlure par surintensité : vérifiez si le seuil de protection actuel est raisonnable (par exemple, déclencher la protection dans un délai de 10 μ s à 1,2 fois le courant nominal).
Emballement thermique : Vérifiez si le système de refroidissement est bloqué (comme une accumulation de poussière dans le conduit d'air provoquant une augmentation de 30 % de la résistance thermique).
2, sélection et vérification de l'appareil
1. Correspondance des paramètres clés
Niveau de tension : la valeur de tenue à la tension de l'appareil de remplacement doit être supérieure ou égale à 1,2 fois celle de l'appareil d'origine (si une diode de 600 V est utilisée, un modèle de 700 V peut être sélectionné).
Capacité actuelle : le courant nominal doit être supérieur ou égal à 1,5 fois le courant de fonctionnement maximum du système (par exemple, si le courant maximum du système est de 30 A, une diode de 45 A doit être sélectionnée).
Switching frequency: High frequency applications (such as>50kHz) nécessitent l'utilisation de diodes à récupération rapide avec Trr<35ns (such as ESD5B series).
2. Compatibilité d'emballage et d'installation
Dimensions physiques : l'espacement des broches et l'épaisseur du dispositif de remplacement doivent être conformes à ceux du dispositif d'origine (par exemple, un espacement des broches du boîtier TO-247 de 2,54 mm).
Méthode d'installation : le type fixe à vis nécessite une vérification du couple (tel qu'un couple de vis M3 de 0,6 à 0,8 N · m), le type de soudage nécessite un contrôle de la température du point de soudage (inférieure ou égale à 260 degrés).
Correspondance de dissipation thermique : si l'appareil d'origine utilise des dissipateurs de chaleur, il est nécessaire de s'assurer que la résistance thermique (R θ JA) du nouvel appareil est inférieure ou égale à l'appareil d'origine (par exemple en réduisant de 5 degrés/W à 4 degrés/W).
3. Vérification des solutions alternatives
Utilisation réduite : dans des scénarios de charge légère, des appareils résistant à une tension plus élevée peuvent être utilisés comme substituts (par exemple en utilisant des diodes 1 200 V au lieu des modèles 600 V).
Expansion parallèle : Si le courant d'un seul tube est insuffisant, des appareils du même modèle peuvent être connectés en parallèle (avec une dispersion VF contrôlée pour être inférieure ou égale à 5%).
Mise à niveau et remplacement : le remplacement des diodes silicium par des diodes SiC peut réduire le VF de 30 % (par exemple de 1,2 V à 0,8 V) et améliorer l'efficacité de 2 %.
3, Spécifications de l'opération de remplacement sur site
1. Préparation à la sécurité
Opération de mise hors tension : Débranchez le fusible côté CC et utilisez un multimètre pour vérifier qu'il n'y a pas de tension (tension résiduelle<36V).
Protection individuelle : Porter des gants isolants (supporter une tension supérieure ou égale à 1000 V) et des bracelets anti-statiques (résistance<1M Ω).
Préparation de l'outil : utilisez un fer à souder électrique avec protection ESD (température réglable à 350 degrés), un absorbeur d'étain et un tournevis dynamométrique.
2. Processus de démontage
Composants soudés :
Chauffez le joint de soudure à 240-260 degrés et retirez la soudure avec un absorbeur d'étain.
Secouez doucement l'appareil pour le détacher du PCB, en évitant de tirer violemment qui pourrait entraîner le détachement des plots de soudure.
Nettoyez les résidus du plot de soudure (à l'aide d'éthanol anhydre et de cotons-tiges).
Composants fixes à vis :
Utilisez un tournevis dynamométrique pour desserrer les vis dans l'ordre diagonal (en tournant de 45 degrés à chaque fois).
Enregistrez la position de la vis pour éviter toute confusion (comme le marquage « 1 » et « 2 »).
Faites attention au sens de courbure des broches lors du retrait de l'appareil.
3. Installation de nouveaux composants
Pose soudée :
Appliquez de la pâte à souder sans plomb (Sn96.5Ag3Cu0.5) sur les plots de soudure.
Alignez les broches et les plots de soudure, chauffez à 250 degrés pour faire fondre la soudure.
Vérifiez si les joints de soudure sont pleins (sans soudure virtuelle ni pontage).
Installation fixe à vis :
Appliquez de la graisse thermique (épaisseur 0,1-0,2 mm) entre l'appareil et le dissipateur thermique.
Serrez les vis dans l'ordre diagonal, avec un couple final de 0,6-0,8N · m.
Vérifiez que la distance entre les broches et le PCB est supérieure à 0,5 mm pour éviter les courts-circuits.
4, tests de vérification après remplacement
1. Tests statiques
Positive conduction test: Apply 0.5V DC voltage, and the measured current should be ≥ rated value (such as 1A diode current>1.2A).
Test de blocage inverse : appliquez 80 % de la tension inverse nominale (par exemple en appliquant 480 V à une diode de 600 V), et le courant de fuite doit être inférieur à 1 μ A.
2. Tests dynamiques
Test de charge légère : entrez 10 % de courant nominal et vérifiez que la forme d'onde de sortie est sans distorsion (THD<3%).
Test à pleine charge : courant nominal d'entrée, fonctionnement continu pendant 2 heures, surveillance de la température de jonction (inférieure ou égale à 110 degrés).
Tests transitoires : simulez les actions de commutation (telles que l'allumage et l'extinction de l'IGBT 1 000 fois par seconde) pour vérifier que la diode ne présente pas de pics de surtension.
3. Débogage de l'intégration du système
Étalonnage des paramètres de contrôle : ajustez la résistance de commande (par exemple de 10 Ω à 8 Ω) pour optimiser la vitesse de commutation.
Vérification du seuil de protection : déclenchez la protection contre les surintensités (telle que 1,2 fois le courant nominal) et enregistrez le temps d'action (qui doit être<10 μ s).
Tests CEM : conforme à la norme CEI 61000-4-5, capable de résister à un impact de surtension de 8 kV/5 kA.
5, Analyse de cas typique
Cas 1 : Remplacement des diodes côté DC dans les onduleurs photovoltaïques
Phénomène de défaut : l'onduleur signale un défaut de « surtension de liaison CC » et après inspection, il a été constaté que la diode anti-retour côté CC était en panne.
Processus de remplacement :

Choisissez le même modèle de diode à récupération rapide 1000V/20A (MUR2010CT).
Pendant le soudage, contrôlez la température du fer à souder à 250 degrés et le temps de soudage à moins de 3 secondes.
Après remplacement et test à pleine charge, l'efficacité est passée de 97,2 % à 97,5 %.
Cas 2 : Remplacement des diodes intégrées dans les modules IGBT des convertisseurs d'énergie éolienne
Phénomène de défaut : l'onduleur signale un défaut « Surchauffe IGBT » et la détection montre que la diode intégrée VF est montée à 1,4 V (valeur normale inférieure ou égale à 1,1 V).
Processus de remplacement :

Choisissez une diode SiC (C3D10060H) au lieu d'une diode au silicium, avec une tension de tenue de 600 V et VF=1.2V.
Ajustez la résistance de commande de 15 Ω à 12 Ω et optimisez la vitesse de commutation.
Après remplacement, l'efficacité du système a augmenté de 1,8 % et la température de jonction a diminué de 15 degrés.