SST معاون طاقة اور تہائی نظام کے ڈیزائن کے چیلنج
سولڈ سٹیٹ ترانسفارمر (SST) ڈیزائن میں دو اہم اور چیلنجنگ ذیلی نظام
آکسیلیئری پاور سپلائی اور ٹھرمل مینجمنٹ سسٹم۔
اگرچہ وہ بنیادی پاور کانورژن میں سیधا حصہ نہیں لیتے، لیکن وہ مستحکم اور قابل اعتماد کام کرنے کے لیے بنیادی سرکٹ کے "جاندار" اور "حفاظ" کا کام کرتے ہیں۔
آکسیلیئری پاور سپلائی: سسٹم کا "پیسن میکر"
آکسیلیئری پاور سپلائی پورے سولڈ سٹیٹ ترانسفارمر کے "دماغ" اور "عصبیات" کے لیے طاقت فراہم کرتا ہے۔ اس کی قابلیت کی موثوقیت سسٹم کے معمولی طور پر کام کرنے کے لیے فیصلہ کن ہوتی ہے۔
I. بنیادی چیلنجز
بالا وولٹیج آئیسلیشن: یہ بالا وولٹیج کے طرف سے طاقت کو بھارتی کر کے پرائمیری سائیڈ پر کنٹرول اور ڈرائیور سرکٹ کو فراہم کرنے کے لیے بہت زیادہ الیکٹرکل آئیسلیشن کی صلاحیت رکھنا ضروری ہے۔
تشدد کے خلاف مضبوط محنت: بنیادی پاور سرکٹ کا ہائی فریکوئنسی سوئچنگ (دسیوں سے سو کلو ہرٹز تک) بڑے وولٹیج ٹرانزیئنٹس (dv/dt) اور الیکٹرومیگنیٹک انٹرفیئرنس (EMI) پیدا کرتا ہے۔ آکسیلیئری پاور سپلائی اس کسٹ کے ماحول میں استقامت کو برقرار رکھنا چاہئے۔
متعدد، صحیح آؤٹ پٹ:
گیٹ ڈرائیور پاور: ہر پاور سوئچ (مثال کے طور پر SiC MOSFETs) کے گیٹ ڈرائیور کو منسلک طاقت فراہم کرتا ہے۔ ہر آؤٹ پٹ کو مستقل اور منسلک ہونا ضروری ہے تاکہ شوٹ ٹھرو فلٹ کو روکا جا سکے۔
کنٹرول بورڈ پاور: ڈیجیٹل کنٹرولرز (DSP/FPGA)، سینسرز، اور کمیونیکیشن سرکٹ کو طاقت فراہم کرتا ہے، جس کی ضرورت ہوتی ہے کہ یہ صاف، کم نویز طاقت ہو۔
II. معمولی طاقت کی واہلی اور ڈیزائن کے طریقے
بالا وولٹیج پاور واہلی: منسلک سوئچنگ پاور سپلائی (مثال کے طور پر flyback کنورٹر) کا استعمال کرتے ہوئے بالا وولٹیج ان پٹ سے توانائی واہل کریں۔ یہ تکنیکی طور پر سب سے چیلنجنگ حصہ ہے اور مخصوص ڈیزائن کی ضرورت ہوتی ہے۔
متعدد آؤٹ پٹ والے منسلک DC-DC ماڈیول: ایک ابتدائی منسلک پاور سرس حاصل کرنے کے بعد عام طور پر متعدد منسلک DC-DC ماڈیول کا استعمال کیا جاتا ہے تاکہ مطلوبہ منسلک ولٹیج کو پیدا کیا جا سکے۔
ریڈنڈنس ڈیزائن: بہت زیادہ موثوقیت کے ایپلیکیشنز میں، آکسیلیئری پاور سپلائی کو ریڈنڈنس کے ساتھ ڈیزائن کیا جا سکتا ہے تاکہ اہم فیلیور کے دوران سیف شٹ ڈاؤن یا بیک اپ سپلائی کے ساتھ سلسلہ وار سوئچ اوور کی گارنٹی ہو۔
ٹھرمل مینجمنٹ سسٹم: سسٹم کا "ایئر کنڈیشنر"
ٹھرمل مینجمنٹ سسٹم SST کی طاقت کی کثافت، آؤٹ پٹ کی صلاحیت، اور عمر کو مستقیماً تعین کرتا ہے۔
یہ کیوں اتنی اہم ہے؟
بہت زیادہ طاقت کی کثافت: بڑے سائز کے لائن فریکوئنسی ترانسفارمر کو بدل کر SSTs نے بہت چھوٹے پاور ماڈیولز میں توانائی کو مرکوز کر دیا ہے، جس کے نتیجے میں گرمی کا فلکس (ایکائی علاقے پر پیدا ہونے والی گرمی) میں شدید اضافہ ہوا ہے۔
سمی کنڈکٹر ڈیوائسز کی ٹیمپریچر حساسیت: حالانکہ SiC/GaN پاور ڈیوائسز کو اعلی کارکردگی کی پیشکش کرتے ہیں، لیکن ان کے پاس ٹیمپریچر کی سخت حدیں (عام طور پر 175°C یا کم) ہوتی ہیں۔ بہت زیادہ گرمی کی وجہ سے کارکردگی کم ہو جاتی ہے، موثوقیت کم ہو جاتی ہے یا دائمی فیلیور کا سامنا کرنا پڑتا ہے۔
کارکردگی پر مستقیم اثر: بد کیفیت گرمی کی واہلی کی وجہ سے چپ جنکشن ٹیمپریچر میں اضافہ ہوتا ہے، جس کے نتیجے میں آن-سٹیٹ ریزسٹنس میں اضافہ ہوتا ہے، جس کی وجہ سے لوگس بڑھتے ہیں—جو ایک نقصانی دائرہ تشکیل دیتے ہیں۔
III. کولنگ میتھوڈز کی قسمیں
| ٹھنڈا کرنے کا طریقہ | پرنسپل | کاربردی سیناریوز اور خصوصیات |
| طبیعی مبادی تدویر | حرارت کو ہیٹ سنک پر موجود فن کے ذریعے طبیعی ہوا کی گردش کے ذریعے منتشر کیا جاتا ہے۔ | صرف کم طاقت والے یا بہت کم نقصان والے تجرباتی آرائیشنز کے لئے مناسب ہے۔ زیادہ تر SST کے اطلاقیات کی ضروریات کو پورا نہیں کرسکتا۔ |
| مجبور ہوا کولنگ | ہیٹ سنک پر فن لگایا جاتا ہے تاکہ ہوا کی گردش میں مظبوطی سے اضافہ کیا جا سکے۔ | سب سے عام اور کم قیمت کا حل ہے۔ تاہم، حرارت کو ہٹانے کی صلاحیت محدود ہے، اور فن کی وجہ سے شور، محدود عمر، اور دھول کے اکٹھے ہونے کے مسائل پیدا ہوتے ہیں۔ متوسط سے کم طاقت کے ڈیزائن کے لئے مناسب ہے۔ |
| مائع کولنگ | حرارت کو مائع کولنگ پلیٹ اور گردش کے پمپ کے ذریعے ہٹا دیا جاتا ہے۔ | آج کے دور میں عالی طاقت کے SSTs کے لئے اہم اور پسندیدہ چناؤ۔ |
| کولڈ پلیٹ مائع کولنگ | پاور ڈیوائسز کو اندر کے میٹل پلیٹس پر لگائے گئے ہیں جن میں مائع کے چینل ہیں۔ | ہوا کولنگ کی نسبت حرارت کو ہٹانے کی صلاحیت کئی گنا زیادہ ہوتی ہے؛ کمپیکٹ ساخت کے ذریعے گرمی کے ذریعے بہت کم درجہ حرارت حاصل کیا جا سکتا ہے۔ |
| ڈبلنگ کولنگ | پورا طاقت کا ماڈیول کسی عازم مائع کولنٹ میں غوطہ ہوتا ہے۔ | سب سے زیادہ حرارت کو ہٹانے کی کارکردگی؛ غیر کٹلنگ واحد مرحلہ ڈبلنگ کے مقابلے میں کٹلنگ دو مرحلہ ڈبلنگ۔ بہت عالی طاقت کے ڈینسٹی کو سنبھالنے کے قابل ہے، تاہم نظام کی پیچیدگی اور قیمت سب سے زیادہ ہوتی ہے۔ |
3. تکنیکس اعلیٰ گرمائشی مینجمنٹ
3.1 پیشنگوئی گرمائشی کنٹرول
نظام در حقیقت دمای و بوجھ کا نظارہ کرتا ہے، آنے والے دنوں میں دمای کی بڑھتی ہوئی روند کی پیشنگوئی کرتا ہے، اور پیش سے فان کے سپیڈز، پمپ کی شرح، یا یہاں تک کہ قوت کی آؤٹ پٹ کو کچھ کم کر کے دماؤں کو محفوظ حدود تک پہنچنے سے روکتا ہے۔
3.2 الیکٹرو-تھرمیل کو-ڈیزائن
گرمائشی ڈیزائن کو ابتدائی مرحلے سے ہی الیکٹرکل اور ساختی ڈیزائن کے ساتھ مطابق کیا جاتا ہے۔ مثال کے طور پر، سیمولیشنز کا استعمال کیا جاتا ہے تاکہ پاور ماڈیولز کی ترتیب کو بہتر بنایا جاسکے، یہ سیکھنے کے لیے کہ بالکل گرمی کے ساتھ ساتھ کمپوننٹس کو کولینٹ انلیٹ کے قریب رکھا جائے۔
4. لايف لائن نظام کام کرتا ہے مل کر
معاون پاور سپلائیز اور گرمائشی مینجمنٹ نظام مل کر سولڈ اسٹیٹ ٹرانسفارمر کے بنیادی حفاظت کا ذمہ دار ہوتے ہیں۔ ان کے تعلقات کو مندرجہ ذیل طور پر خلاصہ کیا جا سکتا ہے:
4.1 معاون پاور سپلائی - نظام کی کارکردگی کو یقینی بنانے کا
یہ یقینی بنانے کا پیش نیاز ہے کہ نظام "کام کر سکے"، تمام کنٹرول یونٹس کو طاقت فراہم کرتا ہے، جس میں گرمائشی مینجمنٹ نظام (فانز، واٹر پمپس) کے کنٹرول یونٹس بھی شامل ہیں۔
4.2 گرمائشی مینجمنٹ نظام - نظام کی صلاحیت کو یقینی بنانے کا
یہ نظام کے "استحکام" کو یقینی بنانے کا سنگ بنیاد ہے، میں پاور ڈیوائسز اور خود معاون پاور سپلائی کو گرمی کے باعث فیل ہونے سے بچاتا ہے۔
ایک بہت یقینی SST، بالکل اچھے الیکٹرکل ڈیزائن، گرمائشی مینجمنٹ، اور کنٹرول ڈیزائن کے کامل تکمیل کا نتیجہ ہے۔
