SST ვოლტის პრობლემები: ტოპოლოგიები და SiC ტექნოლოგიები
თხელ-სისტემური ტრანსფორმატორების (SST) ერთ-ერთი ძირითადი პრობლემა არის ის, რომ ერთი ელექტრონული სიმძლავრის ნაწილის დაშორების რეიტინგი არ არის საკმარისი საშუალო დაშორების დისტრიბუციის ქსელების (მაგალითად, 10 kV) დირექტული დამუშავებისთვის. ამ დაშორების ზღვარის გადაჭრა არ დამოკიდებულია ერთ ტექნოლოგიაზე, არამედ ეს არის "კომბინირებული მიდგომა". ძირითადი სტრატეგიები შეიძლება გადაყვანილი იქნას ორ ტიპში: "შიდა" (ნაწილის ტექნოლოგიური და მასალის ინოვაციით) და "გარე კოლაბორაცია" (სქემის ტოპოლოგიით).
1.გარე კოლაბორაცია: ამოსახსნელად სქემის ტოპოლოგიის გამოყენება (ამჟამად ყველაზე მთავარი და ზრდის დონე)
ეს არის ამჟამად ყველაზე დამნაშავე და ფართოდ გამოყენებული მიდგომა საშუალო და მაღალ დაშორების, დიდი სიმძლავრის აპლიკაციებში. მისი ძირითადი იდეა არის "ძალა ერთობაში" - რამდენიმე ნაწილის სერიული და მოდულური კომბინაციით დაშორების გაზრდა.
1.1 ნაწილების სერიული კავშირი
პრინციპი: რამდენიმე ჩართვის ნაწილი (მაგალითად, IGBT-ები ან SiC MOSFET-ები) დირექტულად კავშირდება სერიაში დაშორების დამუშავებისთვის ჯამურად. ეს ანალოგიურია ბატარეების სერიული კავშირით უფრო დიდი დაშორების მისაღებად.
ძირითადი პრობლემები:
დინამიური დაშორების ბალანსირება: ნაწილებს შორის მცირე პარამეტრების განსხვავების (მაგალითად, ჩართვის სიჩქარე, ჯანქმედის კაპაციტანცია) გამო, დაშორება არ იყოფა სამუდამოდ ნაწილებს შორის სიჩქარის დროს, რითაც შეიძლება გამოიწვიოს ერთ ნაწილში დაშორების ზედმეტი და შეცდომა.
გადარჩენა: საჭიროა სართული აქტიური ან პასიური დაშორების ბალანსირების სქემები (მაგალითად, სნაუბერი სქემები, გეიტის კონტროლი), რათა დაუშვათ დაშორების გაზრდა, რითაც ზრდის სისტემის სირთულე და ღირებულება.
2. მრავალსაფერო კონვერტერის ტოპოლოგიები (ამჟამად SST-ის მთავარი არჩევანი)
2.1 პრინციპი: ეს არის უფრო დაუმატებელი და უფრო მაღალი პერფორმანსის "მოდულური სერიული" კონცეფცია. ის იქმნის სინუსოიდური ტალღის სტეპის აპროქსიმაციას რამდენიმე დაშორების დონით, რათა თითოეული ჩართვის ნაწილი დაითმოს ჯამური DC ავტობუსის დაშორების ნაწილი.
2.2 საყვარელი ტოპოლოგიები:
მოდულური მრავალსაფერო კონვერტერი (MMC): ერთ-ერთი ყველაზე საყვარელი ტოპოლოგია საშუალო და მაღალ დაშორების SST-ებისთვის. ის შედგება რამდენიმე იდენტური ქვემოდან შეერთებული ქვემოდან (SMs). თითოეული ქვემოდან ჩართვის ნაწილი დაითმებს ქვემოდანის კაპაციტორის დაშორებას, რაც ეფექტურად ამცირებს დაშორების სტრესის პრობლემას. სარგებელები შეიძლება იყოს მოდულურობა, მასშტაბირება და საკმარისი გამოყვანის ტალღის ხარისხი.
ფრინველი კაპაციტორის მრავალსაფერო კონვერტერი (FCMC) და დიოდის დამაკავშირებელი მრავალსაფერო კონვერტერი (DNPC): ასევე ხშირად გამოყენებული მრავალსაფერო სტრუქტურები, მაგრამ სტრუქტურულად და კონტროლის შესახებ რთული ხდება დონეების რაოდენობის ზრდით.
სარგებელები: ფუნდამენტურად ამცირებს ერთი ნაწილის დაშორების რეიტინგის ზღვარს, საკმარისად უზრუნველყოფს გამოყვანის დაშორების ტალღის ხარისხს და შემცირებს ფილტრის ზომას.
3. შეყვანის სერიული გამოყვანის პარალელური (ISOP) კასკადური სტრუქტურა
პრინციპი: რამდენიმე სრული, დამოუკიდებელი სიმძლავრის კონვერტირების ერთეული (მაგალითად, DAB, დიუალური აქტიური ხაზი) კავშირდება შეყვანით სერიულად დაშორების დამუშავებისთვის და გამოყვანით პარალელურად დიდი დენის დასატოვებლად. ეს არის სისტემური მოდულური გადაწყვეტილება.
სარგებელები: თითოეული ერთეული არის დაბალი დაშორების სტანდარტული მოდული, რაც გამარტივებს დიზაინს, წარმოებას და გადაყვანას. მაღალი დამნაშავეობა (ერთი ერთეულის შეცდომა არ ართვის სისტემის მთლიანი მუშაობას). სრულიად შესაფერისი არის SST-ის მოდულური დიზაინის ფილოსოფიას.
4. შიდა დამტკიცება: ნაწილის ტექნოლოგიური ინოვაცია (მომავალი განვითარების მიმართულება)
ეს მიდგომა ფუნდამენტურად ამუშავებს პრობლემას მასალის მეცნიერებისა და სემიკონდუქტორული ფიზიკის პერსპექტივიდან.
4.1 ფართო ზოლის სემიკონდუქტორული ნაწილების გამოყენება
პრინციპი: ახალი პოკოლეშენი სემიკონდუქტორული მასალები, როგორიც არის სილიკონის კარბიდი (SiC) და გალიუმის ნიტრიდი (GaN), არიან კრიტიკული დაშორების ელექტრული ველი რამდენიმე რიგით უფრო მაღალი ველის შედარებით ტრადიციული სილიკონის (Si) შედარებით. ეს ნიშნავს, რომ SiC ნაწილები შეიძლება დაარღვიონ უფრო მაღალი დაშორების რეიტინგები იგივე სიმკვრივის შემთხვევაში ვიდრე Si ნაწილები.
სარგებელები:
უფრო მაღალი დაშორების რეიტინგი: ერთი სილიკონის კარბიდის MOSFET ახლა დაარღვიებს დაშორების რეიტინგებს 10 kV-ზე, ხოლო სილიკონის IGBT-ები ჩვეულებრივ შეზღუდულია 6.5 kV-ზე. ეს შეიძლება გამარტივოს SST-ის ტოპოლოგიები (რეიტინგების რიცხვის შემცირებით).
უფრო მაღალი ეფექტურობა: ფართო ზოლის ნაწილები შეიძლება შექმნას უფრო დაბალი დიფუზიის რეზისტენცია და ჩართვის კარგები, რაც შეიძლება დაშორების უფრო მაღალი სიჩქარით დახურვა, რითაც საკმარისად შემცირებს მაგნიტური კომპონენტების (ტრანსფორმატორები, ინდუქტორები) ზომას და წონას.
სტატუსი: მაღალი დაშორების SiC ნაწილები არიან აქტუალური საკითხი SST-ის კვლევებში და თვლიან როგორც მომავალი რევოლუციური SST დიზაინის კლუჩანი ტექნოლოგია.
4. 2 სუპერჯუნქციის ტექნოლოგია
პრინციპი: ადვანსური ტექნიკა სილიკონის ფუნდამენტით დაფუძნებული MOSFET-ებისთვის, რომელიც შეიტანს ალტერნატიულ P-ტიპის და N-ტიპის სველების რეგიონებს ელექტრული ველის დისტრიბუციის შეცვლას, რითაც საკმარისად უზრუნველყოფს დაშორების შეზღუდვას და დაინახავს დაბალ რეზისტენციას.
გამოყენება: მთავარად გამოიყენება ნაწილებში 600 V და 900 V დაშორების რეიტინგებში. გამოიყენება SST-ის დაბალი დაშორების მხარეზე ან დაბალი სიმძლავრის სექციებში, მაგრამ არ არის საკმარისი დირექტული საშუალო დაშორების აპლიკაციებისთვის.
5. შედარება
