SST অক্ষম পাওয়ার এবং কুলিং সিস্টেমসমূহে ডিজাইন চ্যালেঞ্জ
সলিড-স্টেট ট্রান্সফরমার (SST) ডিজাইনে দুইটি গুরুত্বপূর্ণ এবং চ্যালেঞ্জিং উপ-পদ্ধতি
অক্ষীয় পাওয়ার সাপ্লাই এবং তাপমাত্রা ব্যবস্থাপনা সিস্টেম।
যদিও তারা মূল পাওয়ার কনভার্শনে সরাসরি অংশগ্রহণ করে না, তবে তারা মূল সার্কিটের স্থিতিশীল এবং নির্ভরযোগ্য পরিচালনার জন্য "জীবনরেখা" এবং "রক্ষক" হিসাবে কাজ করে।
অক্ষীয় পাওয়ার সাপ্লাই: সিস্টেমের "পেসমেকার"
অক্ষীয় পাওয়ার সাপ্লাই সম্পূর্ণ সলিড-স্টেট ট্রান্সফরমারের "মস্তিষ্ক" এবং "নার্ভ" জন্য পাওয়ার প্রদান করে। তার নির্ভরযোগ্যতা সিস্টেমের স্বাভাবিক পরিচালনার জন্য সরাসরি নির্ধারণ করে।
I. মূল চ্যালেঞ্জ
উচ্চ ভোল্টেজ আইসোলেশন: এটি উচ্চ-ভোল্টেজ পাশ থেকে নিরাপদভাবে পাওয়ার নিষ্কাশন করে মূল পাশের নিয়ন্ত্রণ এবং ড্রাইভার সার্কিটে প্রদান করতে হবে, যা পাওয়ার মডিউলের খুব উচ্চ তাত্পর্যের বৈদ্যুতিক আইসোলেশন ক্ষমতার প্রয়োজন হয়।
বিবর্তনের প্রতি শক্তিশালী প্রতিরোধ: মূল পাওয়ার সার্কিটের উচ্চ-আवৃত্তি সুইচিং (দশ থেকে শত কিলোহার্টজ) বড় ভোল্টেজ ট্রানজিয়েন্ট (dv/dt) এবং বৈদ্যুতিন মাধ্যম ব্যাহতি (EMI) তৈরি করে। অক্ষীয় পাওয়ার সাপ্লাই এই কঠিন পরিবেশে স্থিতিশীল আউটপুট বজায় রাখতে হবে।
একাধিক, নির্ভুল আউটপুট:
গেট ড্রাইভার পাওয়ার: প্রতিটি পাওয়ার সুইচ (যেমন, SiC MOSFETs) এর গেট ড্রাইভারের জন্য আইসোলেটেড পাওয়ার সরবরাহ করে। প্রতিটি আউটপুট স্বাধীন এবং আইসোলেটেড হওয়া উচিত যাতে ক্রসটক ঘটে না যা শুট-থ্রু ফলাফল তৈরি করতে পারে।
নিয়ন্ত্রণ বোর্ড পাওয়ার: ডিজিটাল নিয়ন্ত্রক (DSP/FPGA), সেন্সর, এবং যোগাযোগ সার্কিটের জন্য পাওয়ার সরবরাহ করে, যা পরিষ্কার, কম শব্দ পাওয়ারের প্রয়োজন হয়।
II. সাধারণ পাওয়ার নিষ্কাশন এবং ডিজাইন পদ্ধতি
উচ্চ-ভোল্টেজ পাওয়ার নিষ্কাশন: একটি আইসোলেটেড সুইচিং পাওয়ার সাপ্লাই (উদাহরণস্বরূপ, ফ্লাইব্যাক কনভার্টার) ব্যবহার করে উচ্চ-ভোল্টেজ ইনপুট থেকে শক্তি নিষ্কাশন করা হয়। এটি সবচেয়ে তাত্পর্যপূর্ণ প্রযুক্তিক চ্যালেঞ্জ এবং বিশেষায়িত ডিজাইনের প্রয়োজন হয়।
একাধিক আউটপুট আইসোলেটেড DC-DC মডিউল: একটি প্রাথমিক আইসোলেটেড পাওয়ার সোর্স পাওয়ার হলে, সাধারণত একাধিক আইসোলেটেড DC-DC মডিউল ব্যবহার করা হয় অতিরিক্ত প্রয়োজনীয় আইসোলেটেড ভোল্টেজ তৈরি করতে।
রিডান্ড্যান্সি ডিজাইন: অত্যন্ত উচ্চ নির্ভরযোগ্যতা প্রয়োজনীয় অ্যাপ্লিকেশনে, অক্ষীয় পাওয়ার সাপ্লাই প্রাথমিক ফেলের ক্ষেত্রে নিরাপদ শাটডাউন বা ব্যাক-আপ সাপ্লাই থেকে নিরবিচ্ছিন্ন সুইচওভারের জন্য রিডান্ড্যান্সি ডিজাইন করা হতে পারে।
তাপমাত্রা ব্যবস্থাপনা সিস্টেম: সিস্টেমের "এয়ার কন্ডিশনার"
তাপমাত্রা ব্যবস্থাপনা সিস্টেম সরাসরি SST-এর পাওয়ার ঘনত্ব, আউটপুট ক্ষমতা, এবং জীবনকাল নির্ধারণ করে।
এটি কেন এত গুরুত্বপূর্ণ?
অত্যন্ত উচ্চ পাওয়ার ঘনত্ব: বৃহৎ লাইন-ফ্রিকোয়েন্সি ট্রান্সফরমার প্রতিস্থাপন করে, SST-এর ছোট পাওয়ার মডিউলে শক্তি গুঞ্জন করে, যা তাপ প্রবাহ (প্রতি একক ক্ষেত্রে উৎপন্ন তাপ) এর তীব্র বৃদ্ধি ঘটায়।
সেমিকন্ডাক্টর ডিভাইসের তাপমাত্রা সংবেদনশীলতা: যদিও SiC/GaN পাওয়ার ডিভাইস উচ্চ দক্ষতা প্রদান করে, তবে তারা কঠোর জংশন তাপমাত্রা সীমা (সাধারণত 175°C বা তার নিচে) রয়েছে। অতিরিক্ত তাপমাত্রা পরিচালনা হ্রাস, নির্ভরযোগ্যতা হ্রাস, বা স্থায়ী ব্যর্থতা ঘটাতে পারে।
দক্ষতার উপর সরাসরি প্রভাব: খারাপ তাপ বিসর্জন চিপ জংশন তাপমাত্রা বাড়ায়, যা পারস্থিত রোধ বাড়ায়, যা পাল্টা ক্ষতি বাড়ায়—একটি বিষাক্ত চক্র তৈরি করে।
III. শীতল করার পদ্ধতির প্রকারভেদ
| ডিম্পিং পদ্ধতি | মূলনীতি | ব্যবহারের পরিস্থিতি এবং বৈশিষ্ট্য |
| প্রাকৃতিক সঞ্চালন | তাপ প্রাকৃতিক বায়ু পরিপ্রেক্ষিতে হিটসিঙ্কের ফিনগুলি দিয়ে ছড়িয়ে পড়ে। | শুধুমাত্র কম শক্তির বা খুব কম লোসের পরীক্ষামূলক সেটআপের জন্য উপযুক্ত। বেশিরভাগ SST অ্যাপ্লিকেশনের দরকার পূরণ করতে পারে না। |
| বাধ্য বায়ু ডিম্পিং | হিটসিঙ্কে একটি ফ্যান সংযুক্ত করা হয় যা বায়ুপ্রবাহকে বেশি করে তোলে। | সবচেয়ে সাধারণ এবং সবচেয়ে কম খরচের সমাধান। তবে, তাপ ছড়ানোর ক্ষমতা সীমিত, এবং ফ্যানগুলি শব্দ, সীমিত জীবনকাল এবং ধুলো সঞ্চয়ের সমস্যা আনে। মধ্যম থেকে কম শক্তি ঘনত্বের ডিজাইনের জন্য উপযুক্ত। |
| তরল ডিম্পিং | তাপ একটি তরল ডিম্পিং প্লেট এবং পরিপ্রেক্ষিত পাম্প দ্বারা সরানো হয়। | বর্তমানে উচ্চ-শক্তি-ঘনত্বের SST এর জন্য মূল এবং পছন্দের বিকল্প। |
| কোল্ড প্লেট তরল ডিম্পিং | পাওয়ার ডিভাইসগুলি অভ্যন্তরীণ ধাতু প্লেটে সংযুক্ত হয় যাতে তরল চ্যানেল রয়েছে। | বায়ু ডিম্পিংয়ের তুলনায় তাপ ছড়ানোর ক্ষমতা কয়েক গুণ বেশি; সুষম স্ট্রাকচার উৎসের তাপমাত্রা খুব কম করে তোলে। |
| ডিম্পিং ডুবোনো | সম্পূর্ণ পাওয়ার মডিউলটি একটি বিদ্যুৎ প্রতিরোধী তরলে ডুবোনো হয়। | সর্বোচ্চ তাপ ছড়ানোর দক্ষতা; একফেজ ডুবোনো বনাম দুইফেজ ডুবোনো। চরম শক্তি ঘনত্ব সম্পন্ন করতে সক্ষম, তবে সিস্টেমের জটিলতা এবং খরচ সবচেয়ে বেশি। |
৩. উন্নত তাপমান ব্যবস্থাপনা ধারণা
৩.১ পূর্বাভাসিত তাপমান নিয়ন্ত্রণ
পদ্ধতিটি বাস্তব সময়ে তাপমান এবং লোড পর্যবেক্ষণ করে, ভবিষ্যতের তাপমান বৃদ্ধির প্রবণতা পূর্বাভাস করে এবং অগ্রাধিকার দিয়ে ফ্যানের গতিশীলতা, পাম্পের হার বা এমনকি আউটপুট শক্তি কিছুটা হ্রাস করে তাপমানকে সমাপ্ত পর্যায়ে পৌঁছানোর থেকে রক্ষা করে।
৩.২ ইলেকট্রো-থার্মাল সহ-নকশা
থার্মাল ডিজাইন প্রচলনের প্রাথমিক পর্যায় থেকেই ইলেকট্রিক্যাল এবং কাঠামোগত ডিজাইনের সঙ্গে সমন্বিত হয়। উদাহরণস্বরূপ, সিমুলেশন ব্যবহার করে পাওয়ার মডিউলগুলির বিন্যাস অপটিমাইজ করা হয়, যাতে উচ্চ তাপমানের ফ্লাক্স বিশিষ্ট উপাদানগুলিকে প্রাথমিকভাবে প্রবাহক ইনলেটের কাছাকাছি স্থাপন করা হয়।
৪. লাইফলাইন সিস্টেম সমন্বয়ে কাজ করা
অক্ষম পাওয়ার সাপ্লাই এবং তাপমান ব্যবস্থাপনা সিস্টেম একসাথে সলিড-স্টেট ট্রান্সফরমারের মূল সুরক্ষা গুলি গঠন করে। তাদের সম্পর্ক নিম্নরূপে সংক্ষিপ্ত করা যায়:
৪.১ অক্ষম পাওয়ার সাপ্লাই - সিস্টেমের পরিচালনার নিশ্চয়তা
এটি সিস্টেম "চলতে পারে" এর জন্য প্রয়োজনীয় শর্ত, যা তাপমান ব্যবস্থাপনা সিস্টেম (ফ্যান, জল পাম্প) সহ সমস্ত নিয়ন্ত্রণ ইউনিটে শক্তি প্রদান করে।
৪.২ তাপমান ব্যবস্থাপনা সিস্টেম - সিস্টেমের দীর্ঘায়ু নিশ্চিত করা
এটি সিস্টেম "চলতে পারে" এর জন্য প্রধান শক্তি উপাদানগুলি এবং অক্ষম পাওয়ার সাপ্লাই নিজেকে অতিরিক্ত তাপমানের কারণে ব্যর্থ হওয়ার থেকে রক্ষা করার জন্য প্রধান ভিত্তি।
একটি অত্যন্ত নির্ভরযোগ্য SST অবশ্যই উত্তম ইলেকট্রিক্যাল ডিজাইন, তাপমান ব্যবস্থাপনা এবং নিয়ন্ত্রণ ডিজাইনের একটি সম্পূর্ণ সংযোজনের ফলাফল।
প্রস্তাবিত
