Batarren DC osoaren egoera aldaketa gaitasuneko teknologi nagusiak

1 Teknologia arrastoak

1.1 Gailu paraleloen estabilitatea
Praktikan, gailu elektroniko baten kargu-intentsitatea askotan limitatua da. Kargu handiak eskatzen dituzten kasuetan, gailu anitz paraleloki konektatu behar dira. Baina, gailuen arteko parametroen aldatzea—hala nola on-arteko ilarpenaren eta bornaren aldeko tensioaren higadura txikiekin—kargu banaketaren ezberdintasuna eragin dezake. Aldaketan, indarraren eta kapazitatearen induzio-parasitoek kargu aldaketarako neurrizko aldatze desberdina sortzen dute gailu paraleloetan, kargu-banaketaren ezberdintasuna gehituz. Ez berrez, ezberdintasun horrek zerbait gailuei kargu ederra ematea eta heldu egin duten arren, gailu solidoen iturri-itsatsilearen biztanbidea murriztu dezake.

1.2 Akatsen detektatzeko atzeraldiak
DC sistemetan, akats-karguaren ezaugarriak AC sistemetakoetatik askoz desberdinak dira, zero-pasaldi punturen falta delako, akatsen detektazioa eta ebaketa laguntzen. Horregatik, gailu solidoen iturri-itsatsilek mikrosegundo mailako akats-detektatzeko algoritmoak erabili behar dituzte, akatsak zehazki dentifikatzeko eta erantzun azkarra emateko. Detektatzeko metodo tradizionalak DC akats-kargu aldatzekien aurrean atzeraldi handiak izaten dituzte, baliabide horiek ezin dituztela babesa azkarra eskaintzen.

1.3 Eraginari buruzko konpromisoa eta bolumena
Energia-dentsitate handiaren eskatzaile garrantzitsuen artean, gailu solidoen iturri-itsatsilek espazio mugatuan indar handiagoa kudeatzeko diseinatu behar dute. Baina, energia-dentsitate handiagoa gailu elektronikoak sortutako kalorerako igorrela handi bat suposatzen du. Kalorerako igorrela txarra tenperatura altuak sortzen ditu, gailuen prestazioa murriztuz eta, oraino, termika lanpatu eta gailuak heldu egin dituzte. Enfriamendu-tradizionalak indar handioko itsatsile solidoen aurrean prestazio txarra egiten dute. Likidoak erabiliz, kalorerako igorrela hobetu daiteke, baina gailuaren tamaina eta kostua gehitu egingo dira. Beraz, nola lantzi kalorerako igorrela efizientea kontroi-tamaina arrazoitsuan—optimizazio sinergikoa—gailu solidoen iturri-itsatsile diseinuko dute.

2 Teknologiaren ikerketa garrantzitsuak

2.1 Espazio-zabalera luzeen gailuen teknologia aplikatua
(1) SiC MOSFET aukeraketa eta paketea
Zabalera luzeen gailu desberdinetan, konduzio-galdera txikiak dituzten SiC MOSFETek avantazio handiak dituzte. Gailu anitz paraleloetan erabiltzeko, DBC simetrikoaren diseinua hartzen da. Diseinu horrek parasito-indarraren igorrela handi bat murriztu ohi du, gailuen aldatzeko ezaugarriak hobetzeko garrantzitsu. Aldatzean, batez ere itzalaldian, parasito-indarrak eta gailuaren kapazitatea elkarrekin interakzio egiten dute, portza tensioaren oszilazioa sortuz. Esperimentuak adierazten dute DBC simetrikoaren diseinuarekin, portza tensioaren oszilazioa kontrolatu daiteke, %5 baino gutxiago. Honek dinamikoki estabilitatea hobetu du gailu anitz paraleloetan, eta gailuak heldu egin dituzten tensio-oszilazioen arriskua murriztu du.

(2) Kargu-banaketaren kontrola dinamikoa
Gailu paraleloetan kargu-banaketaren ezberdintasunaren arikan, kontrol-strategia bat proposatzen da, kargu-banaketarako barrak eta PI egokitzeko regulazioa batuz. Barrak, egitura unikoa diseinatuta, fisikoki balioztatzen du kargu-banaketarako bide zuzena gailu paralelo bakoitzentzat. Ondoren, PI egokitze-algoritmoa gailu bakoitzaren signalak dinamikoki egokitzeko erabili daitezke, kargu-banaketarako kontrol zehatzagoa lortzeko.

2.2 Akatsen detektatzeko eta ebakitzeko teknologia azkarra
(1) Portza tensioaren oinarritako akatsen detektaketa
SiC MOSFETen itzal-akatsen ezaugarrien analisiak adierazten du, itzal-akatsa gertatzen denean, drain-source tensioa (VDS) 900Vra igo egiten da eta portza tensioa 10 V/ns baino gorakotasun handiagoarekin jaisten da. Ezaugarri hori erabiliz, bi-eskaera komparatzaile bat diseinatu da, bi kargu-eskaerak ezartzen dituena: Ith1 = 500 A eta Ith2 = 1.2 kA. Kargu detektatua Ith1 baino handiagoa denean, adierazpen lehenetsia aktibatzen da; Ith2 gainditzen denean, itzal-akatsa baieztatzen da. Diseinatutako detektore-sistema eta signal-prozesamendu algoritmoak 0.8 μs-ra iritsi dute. Modu horretan, metodorik tradizionalen segurtasun-konbertsio eta prozesamendu konplexuak saihesten dira, SiC MOSFETen ezaugarri elektriko inherentziei esker, akatsen detektazioa zehatzago egiten da.

(2) Objetibu anitz optimizatutako ebaketa-estrategia
Iturri-itsatsile solidoen ebaketa prestazio handikoak lortzeko, ebaketa-tarteak (Δt), energia-absorbizioa (EMOV) eta kargu-handiak (Ipeak) helburu-funtzio bezala ezarri dira, MOPSO (multi-objetibo partikula-taldea) algoritmo baten bidez optimizatuta. Ebaketa-tarte laburragoak sistema gailuentzat babesa hobea ematen du; energia-absorbizioak, MOV bezalako babes-komponenten aukeraketa eta biztanbidea eragiten ditu; kargu-handi handiak elektrikoki estres handia sortzen dute, gailuen funtzionamendu normala eragin dezakeena.

MOPSO optimizazioen iterazio ugari eman ondoren, parametro optimoak ezarri dira: indar-mugatzaile LB = 15 μH eta MOVren tensio-mugatzailearen koefizientea γ = 1.8. Parametro optimo horietan, ebaketa-tarteak 73.5 μsera murriztu dira, eta kargu maximoa 526 Ara. Optimizazioaren efektua ikusgarri adierazteko, TOPSIS erabakitzaile-metodoa erabili da, optimizazioaren emaitzak aurretik eta ondoren konparatzeko. Konparazioak adierazten du, ebaketa-tarteak, energia-absorbizioa eta kargu-handiak bezalako indikadore garrantzitsu guztietan hobekuntza handiak lortu direla, prestazio globala hobetu eta praktikan zegozen ingeniaritzako eskerrak asko bete ditu.

2.3 Estruktura mekanikoaren diseinu fidagarria
(1) Magnetiko permanenteko isolatzaile iturri-itsatsila
Iturri-itsatsile solidoen fidagarritasuna eta estabilitatea hobetzeko, magnetiko permanenteko isolatzaile iturri-itsatsile bat diseinatu da, bistable magnetiko permanenteko mekanismoa erabiliz. Estructuran, itxi eta ireki duten indar hau magnetiko permanenteen bidez ematen da, soka energizatzen da soilik aldatzeko operazioan. Honek, indar elektromagnetiko tradizionalaren aurrean, indar energetikoa 90% baino gehiago murriztu da. Adams dinamikoen simulazio-analisia adierazten du, magnetiko permanenteko isolatzaile iturri-itsatsile honek milioi baino gehiago erabilera ditu, kontaktu-separazio abiadura 3 m/s-koa. Kontaktu-separazio abiadura altuak zirkuitoaren ebaketa azkarra bultzatzen du, arkuen sortzea murriztuz eta iturri-itsatsilearen ebaketa-prestazioa hobetzeko. Biztanbidea luzea prestazio estandarra mantentzen du, mantentzea eta ordezkapenaren maiztasuna murriztuz, iturri-itsatsile solidoen funtzionamendu efizientearentzat laguntza handia ematen du.

(2) Termikaren kontrola
Indar-dentsitate handiko diseinetan kalorerako igorrela arikan, kalorerako igorrela konbinatua proposatzen da, likidoaren aspaldi eta airearen presioa batuz. Aspaldiaren igorrela likidoaren aspaltzeko printzipioa erabili du, espazio txikietan kalorerako igorrela efizientea egiten du. Airearen presioa, beste alde bat, kalorerako igorrela hobetzen du airearen presioa erabiliz. Kalorerako igorrela konbinatua modu horretan, moduluaren puntu kritikoaren tenperatura 75°Cra baino gutxiago mantentzen da, tenperatura-altuaren tasa 5°C/min baino gutxiago, estandara errekin.III. Esperientzia frogapena

3 Frogapen esperientziala

3.1 Prototipoaren parametroak
Teknologi garrantzitsu eta diseinu-eskemenen efektivitatea frogatzeko, DC iturri-itsatsile solidoen prototipo bat garatu da, parametro nagusi hauek dituena:

3.2 Mota proba-emaitzak

Prototipora mota proba oso bat egin zaizkigu, bere prestazioak praktikan eskerrak betetzen dituen alderdia:

(1) Itzal-ebaketa proba
Itzal-akatsak sistema elektrikoetan gertatzen diren akatsen mota garrantzitsuenetako bat dira, eta instantaneoki sortzen diren kargu handiak gailu batzuei arrisku handia suposatzen diote. Balio hori simulatzeko, 23 kAko itzal-karguaren proba-ingurunea sortu da—iturri-itsatsile solidoari ariketa zail bat emanda. Probaren hasieran, prototipoa azkar aktibatu zen, eta barneko akatsen detektatzeko eta ebakitzeko teknologia azkarra hasi zuen funtzionatzen. Tecnologia horrek, karguaren monitorizazio zehatz eta erantzun azkar bidez, kargu anormala oso gutxi aldiro detektatu zuen, eta ebaketa-prozesua abiarazi zuen.

Ebaketa-prozesuan, lanean zauden pertsonak iturri-itsatsilearen prestazioa begiratu zuten, eta ez zuen arkuraren berrizsortzea gertatu. Emaitza horrek, berriz, akatsen detektatzeko eta ebakitzeko teknologia azkarren efektibitatea adierazten du, baita iturri-itsatsile solidoen ebaketa-prestazio handia ere. Iturri-itsatsile tradizionalen artean, arkuraren berrizsortzea erraza da, eta bigarren mailako akatsak edo gailuaren heldu egin ditu. Berriz, iturri-itsatsile solidoak teknologia ebaketa aurreratuei esker, arazoa saihestu du, eta sistema elektrikoaren funtzionamendu estandarrari laguntza handia ematen dio.

(2) Tenperatura-altuaren proba
Termikaren prestazioa beste faktor garrantzitsua da, iturri-itsatsile solidoen ebaluatzeko. Bere kalorerako igorrela-ezaugarriak ebaluatzeko, tenperatura-altuaren proba bat egin da. Prototipoak 24 orduz lan egin behar izan ditu, non kalorerako igorrela handia sortu da [9]. Proba ondoren, tenperatura-sensorrak erabili dira, prototipoaren tenperatura neurtzeko. Emaitzak 32 Kko tenperatura-altu bat adierazten dute. Datu horrek, aspaldi eta airearen presioa batuz, kalorerako igorrela konbinatua frogatzen du. Aspaldiaren kalorerako igorrela naturala eta airearen presioaren konveksioa batuz, sistema kalorerako igorrela efizientea egiten du, iturri-itsatsilea tenperatura-estandarraren barruan mantentzen du. Kalorerako igorrela ona, iturri-itsatsile solidoen funtzionamendu estandarra baino gehiago, biztanbidea luzatzen du.

(3) Biztanbidearen proba
Biztanbidea iturri-itsatsile solidoak sistema elektriko errealean erabil daitezen alderdia da. Beraz, biztanbide-prestazioa ebaluatzeko, prototipoak milioi erabilera egin ditu. Probaren aurrean, lanean zauden pertsonak prototipoaren kontaktu-ilarpena begiratu dute. Proba ondoren, kontaktu-ilarpena neurtu eta 5% baino gutxiago aldatu dela aurkitu da. Emaitza horrek, magnetiko permanenteko isolatzaile iturri-itsatsilearen diseinu biztanbidea luzea frogatzen du. Lan lan eta erabilera oso maiztasuan, iturri-itsatsilearen kontaktuak kondutasuna ona mantentzen dute, iturri-itsatsile solidoaren funtzionamendu fiablea bermatuz.

4 Iraultza
Lasteratzean, artikulua DC iturri-itsatsile solidoen teknologia-soluzio bat aurkeztu du, teknologi garrantzitsuak, zabalera luzeen gailuak, kontrol-algoritmo zehatzak eta diseinu mekaniko fidagarriak barne. Frogapen esperientzialak adierazten du, prototipo garaturikoak, ebaketa-abiadura, akatsen detektazio-zehaztasuna eta biztanbidea bezalako faktore garrantzitsuenetan prestazio ahalik eta handiena lortu du.

Azkarreko ebaketa microsekundu-mailako eta milioi erabilera biztanbide handia lortu ditu, energia berriko sistemetan babes-soluzio praktikoa eta posiblea ematen du. Aurrerantzean, iturri-itsatsile solidoen inguruko ikerketarik prometidunak, hala nola, gailuak, paketeak eta sistema integrazioaren simulazio-modelu bat sortzea, iturri-itsatsile solidoen prestazioa egoerarik desberdinetan simulatzeko, diseinu optimizazioaren teoria arrazoitsua emateko.