Изработувачки предизвици во помошните системи за енергија и хладење на SST
Две критични и предизвикателски подсистеми во дизајнот на тврдотелен трансформатор (SST)
Помошна заедничка снабдување со енергија и систем за термално управување.
Иако не учествуваат директно во главната конверзија на енергија, тие служат како „животна нит“ и „чувствител“ кои гарантираат стабилна и надежна работа на главната опрема.
Помошна заедничка снабдување со енергија: „Пацимейкерот“ на системот
Помошната заедничка снабдување со енергија пружа енергија за „мозокот“ и „нервите“ на целиот тврдотелен трансформатор. Неговата надежност директно одлучува дали системот може да функционира нормално.
I. Основни предизвици
Високо напонско изолирање: Мора сигурно да извлекува енергија од високонапонската страна за да ги снабди контролните и водачките опреми на првичната страна, што бара модулот за енергија да има екстремно висока електрична изолација.
Силна имунитета на интерференцијата: Високочестотната сврткања (десетки до стотици кХц) на главната енергетска опрема генерира големи промени на напонот (dv/dt) и електромагнетна интерференција (EMI). Помошната заедничка снабдување со енергија мора да одржува стабилен излаз во ова агресивно окружување.
Многу, прецизни излези:
Енергија за гейт водач: Презентира изолирана енергија за гейт водачите на секој моќен прекинувач (на пример, SiC MOSFETs). Секој излез мора да биде независен и изолиран за да се спречи крос-ток што може да причини грешки.
Енергија за контролна плоча: Моќи дигитални контролери (DSP/FPGA), сензори и комуникациски опреми, што бара чиста, со мала шумна енергија.
II. Типични пристапи за извлекување на енергија и дизајн
Извлекување на високонапонска енергија: Користете изолирана превключувачка енергија (на пример, flyback converter) за да извлечете енергија од високонапонскиот влез. Ова е технички најпроблематичниот дел и бара специјален дизајн.
Модули со повеќе излези DC-DC: Последно, по добивањето на првично изолирана енергија, типични се користат повеќе изолирани DC-DC модули за да се генерираат дополнителни потребни изолирани напони.
Резервно дизајнирање: Во примените со ултра-висока надежност, помошната заедничка снабдување со енергија може да биде дизајнирана со резервно решение за да се осигура безбедно зауставување или беспрекинато превклучување на резервна енергија во случај на пад на првичната.
Систем за термално управување: „Климацизам“ на системот
Системот за термално управување директно одлучува за јачината, капацитетот за излез и временскиот период на SST.
Зошто е толку критичен?
Екстремно висока јачина: Со замена на громозјаните трансформатори на линија-фrequent, SST-овите концентрираат енергија во многу помали модули, што доведува до остар стрмна увеликување на топлинскиот поток (генерирана топлина по единична плоштина).
Температурна осетливост на полупроводничките опреми: Иако SiC/GaN моќните опреми нудат висока ефикасност, тие имаат строги ограничувања на температурата на јункцијата (обично 175°C или подолго). Преtopление доведува до намалена ефикасност, намалена надежност, или постојана повреда.
Директен влијание на ефикасноста: Лоша отстраница на топлината го зголемува температурата на јункцијата на чипот, што зголемува он-state resistance, што на свој ред ги зголемува губитките—креирајќи го вицинусниот циклус.
III. Типови на методи за хлаѓање
| Метод за хлаѓање | Принцип | Сценарија за применување и карактеристики |
| Природна конвекција | Топлината се отстранува преку фили на радијаторот преку природна циркулација на воздухот. | Подобро само за нискомоћни или многу нискогубитковни експериментални поставки. Не може да задоволи баремата на повеќето SST примените. |
| Присилно хлаѓање со воздух | Фан се поставува на радијаторот за значително подобрување на протокот на воздух. | Најзаедничкиот и најевтин решеније. Меѓутоа, капацитетот за отстранување на топлината е ограничен, и фановите внесуваат шум, ограничено време на живот, и проблеми со наседнување на прашање. Подобро за средно-до нискомоћни дизајни. |
| Хлаѓање со течност | Топлината се отстранува преку плато за хлаѓање со течност и циркулаторен помпа. | Главниот и предпочитаниот избор за SST-ови со високомоћна јачина денес. |
| Хлаѓање со течност на колодесто плато | Моќните опреми се поставуваат на внатрешни метални плати со канал за течност. | Капацитетот за отстранување на топлината е неколку пати поголем од хлаѓањето со воздух; компактен дизајн овозможува многу ниска температура на изворот на топлината. |
| Погружно хлаѓање | Целиот моќен модул е потопен во изолационен хладилник. | Највисок ефикасност на отстранување на топлината; еднофазно погружно хлаѓање без варирање против двофазно погружно хлаѓање со варирање. Може да се справи со екстремни моќни јачини, но комплексноста и цената на системот се највисоки. |
3. Напредни концепции за термално управување
3.1 Предвидливо термално управување
Системот мониторира температурата и нагрузката во реално време, предвидува трендови на повишување на температурата, и предварително ја регулира скороста на фановите, померките на помпите, или дури и малку ја намалува моќта на излезот за да се спречи температурата да достигне критични нивоа.
3.2 Електро-термален дизајн
Термалниот дизајн се синхронизира со електричниот и структурниот дизајн од раните фази на развој. На пример, симулациите се користат за оптимизирање на распоредот на моќните модули, осигурувајќи дека компонентите со висок топлински поток се привилегирани да се постават близу до входот на хладилникот.
4. Системот заеднички работи во хармонија
Помошната заедничка снабдување со енергија и системот за термално управување заедно формираат основните заштитни механизми на тврдотелниот трансформатор. Нивната врска може да се сумира како следи:
4.1 Помошната заедничка снабдување со енергија - Обезбедување на функционалноста на системот
Тоа е претпоставката за обезбедување дека системот „може да функционира“, пружајќи енергија на сите контролни јединици, вклучувајќи ги и тие на системот за термално управување (фанови, водни помпи).
4.2 Системот за термално управување - Обезбедување на долговечноста на системот
Тоа е основниот камен за обезбедување дека системот „може да продолжи со функционирањето“, заштитувајќи главните моќни опреми и самата помошна заедничка снабдување со енергија од повреди поради преtopление.
Високо надежен SST неизбежно е резултат на перфектна интеграција на извикателски електричен дизајн, термално управување и контролен дизајн.
