SST ವೋಲ್ಟೇಜ್ ಚಲ್ಲನೆಗಳು: ಟೋಪೊಲಜಿಗಳು ಮತ್ತು SiC ತಂತ್ರಜ್ಞಾನ

ಸಾಲಿಡ್-ಸ್ಟೇಟ್ ಟ್ರಾನ್ಸ್‌ಫಾರ್ಮರ್‌ಗಳ (SST) ಪ್ರಮುಖ ಸವಾಲುಗಳಲ್ಲಿ ಒಂದೆಂದರೆ, ಒಂದು ಏಕಾಕ್ಷ ಶಕ್ತಿ ಅರ್ಧವಾಹಕ ಘಟಕದ ವೋಲ್ಟೇಜ್ ರೇಟಿಂಗ್ ಮಧ್ಯಮ-ವೋಲ್ಟೇಜ್ ವಿತರಣಾ ಜಾಲಗಳನ್ನು (ಉದಾಹರಣೆಗೆ, 10 kV) ನೇರವಾಗಿ ನಿಭಾಯಿಸಲು ತುಂಬಾ ಕಡಿಮೆ. ಈ ವೋಲ್ಟೇಜ್ ಮಿತಿಯನ್ನು ಪರಿಹರಿಸುವುದು ಒಂದೇ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನವನ್ನು ಅವಲಂಬಿಸಿಲ್ಲ, ಬದಲಾಗಿ "ಸಂಯೋಜನಾತ್ಮಕ ವಿಧಾನ" ಅನ್ನು ಅವಲಂಬಿಸುತ್ತದೆ. ಪ್ರಮುಖ ತಂತ್ರಗಳನ್ನು ಎರಡು ವಿಧಗಳಾಗಿ ವರ್ಗೀಕರಿಸಬಹುದು: "ಆಂತರಿಕ" (ಘಟಕ-ಮಟ್ಟದ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನ ಮತ್ತು ವಸ್ತು ನವೀಕರಣದ ಮೂಲಕ) ಮತ್ತು "ಬಾಹ್ಯ ಸಹಕಾರ" (ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್ ಟಾಪೊಲಜಿಯ ಮೂಲಕ).

1.ಬಾಹ್ಯ ಸಹಕಾರ: ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್ ಟಾಪೊಲಜಿಯ ಮೂಲಕ ಪರಿಹಾರ (ಪ್ರಸ್ತುತ ಅತ್ಯಂತ ಪ್ರಮುಖ ಮತ್ತು ಪರಿಪಕ್ವ ವಿಧಾನ)
ಇದು ಪ್ರಸ್ತುತ ಮಧ್ಯಮ-ಮತ್ತು ಉನ್ನತ-ವೋಲ್ಟೇಜ್, ಹೆಚ್ಚಿನ ಶಕ್ತಿ ಅನ್ವಯಗಳಲ್ಲಿ ಅತ್ಯಂತ ವಿಶ್ವಾಸಾರ್ಹ ಮತ್ತು ವ್ಯಾಪಕವಾಗಿ ಬಳಸಲಾಗುವ ವಿಧಾನ. ಇದರ ಪ್ರಮುಖ ಆಲೋಚನೆ "ಏಕತೆಯಲ್ಲಿ ಶಕ್ತಿ"—ಹೆಚ್ಚಿನ ವೋಲ್ಟೇಜ್ ಅನ್ನು ಹಂಚಿಕೊಳ್ಳಲು ಹಲವು ಘಟಕಗಳ ಸರಣಿ ಸಂಪರ್ಕಗಳನ್ನು ಅಥವಾ ಮಾಡ್ಯೂಲರ್ ಸಂಯೋಜನೆಗಳನ್ನು ಬಳಸುವುದು.

1.1 ಘಟಕಗಳ ಸರಣಿ ಸಂಪರ್ಕ

 ತತ್ವ: ಹಲವು ಸ್ವಿಚ್ಚಿಂಗ್ ಘಟಕಗಳು (ಉದಾಹರಣೆಗೆ, IGBTs ಅಥವಾ SiC MOSFETs) ನೇರವಾಗಿ ಸರಣಿಯಲ್ಲಿ ಸಂಪರ್ಕಿಸಲ್ಪಟ್ಟಿವೆ, ಅವು ಒಟ್ಟಾಗಿ ಹೆಚ್ಚಿನ ವೋಲ್ಟೇಜ್ ಅನ್ನು ತಡೆದುಕೊಳ್ಳುತ್ತವೆ. ಇದು ಹೆಚ್ಚಿನ ವೋಲ್ಟೇಜ್ ಅನ್ನು ಸಾಧಿಸಲು ಹಲವು ಬ್ಯಾಟರಿಗಳನ್ನು ಸರಣಿಯಲ್ಲಿ ಸಂಪರ್ಕಿಸುವುದಕ್ಕೆ ಸಮಾನಾಂತರವಾಗಿದೆ.

 ಪ್ರಮುಖ ಸವಾಲುಗಳು:

• ಡೈನಾಮಿಕ್ ವೋಲ್ಟೇಜ್ ಸಮತೋಲನ: ಘಟಕಗಳ ನಡುವೆ ಸಣ್ಣ ಪ್ಯಾರಾಮೀಟರ್ ವ್ಯತ್ಯಾಸಗಳಿಂದಾಗಿ (ಉದಾಹರಣೆಗೆ, ಸ್ವಿಚ್ಚಿಂಗ್ ವೇಗ, ಜಂಕ್ಷನ್ ಕೆಪಾಸಿಟೆನ್ಸ್), ಹೆಚ್ಚಿನ ವೇಗದ ಸ್ವಿಚ್ಚಿಂಗ್ ಸಮಯದಲ್ಲಿ ಘಟಕಗಳ ಮೇಲೆ ವೋಲ್ಟೇಜ್ ಸಮನಾಗಿ ವಿತರಿಸಲಾಗುವುದಿಲ್ಲ, ಇದು ಒಂದು ಘಟಕದಲ್ಲಿ ಓವರ್‌ವೋಲ್ಟೇಜ್ ಮತ್ತು ವೈಫಲ್ಯಕ್ಕೆ ಕಾರಣವಾಗಬಹುದು.

• ಪರಿಹಾರಗಳು: ವೋಲ್ಟೇಜ್ ಹಂಚಿಕೆಯನ್ನು ಜಾರಿಗೊಳಿಸಲು ಸಂಕೀರ್ಣ ಸಕ್ರಿಯ ಅಥವಾ ನಿಷ್ಕ್ರಿಯ ವೋಲ್ಟೇಜ್ ಸಮತೋಲನ ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್‌ಗಳು (ಉದಾಹರಣೆಗೆ, ಸ್ನೂಬರ್ ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್‌ಗಳು, ಗೇಟ್ ನಿಯಂತ್ರಣ) ಅಗತ್ಯವಿದೆ, ಇದು ವ್ಯವಸ್ಥೆಯ ಸಂಕೀರ್ಣತೆ ಮತ್ತು ವೆಚ್ಚವನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸುತ್ತದೆ.

2. ಮಲ್ಟಿಲೆವೆಲ್ ಕನ್ವರ್ಟರ್ ಟಾಪೊಲಜಿಗಳು (ಇಂದಿನ SSTಗಳಿಗೆ ಪ್ರಮುಖ ಆಯ್ಕೆ)

2.1 ತತ್ವ: ಇದು ಹೆಚ್ಚು ಮುಂದುವರಿದ ಮತ್ತು ಉತ್ತಮ ಪರಿಣಾಮಕಾರಿ "ಮಾಡ್ಯೂಲರ್ ಸರಣಿ" ಆಲೋಚನೆ. ಇದು ಹಲವು ವೋಲ್ಟೇಜ್ ಮಟ್ಟಗಳನ್ನು ಬಳಸಿ ಸೈನ್ ಅಲೆಯ ಹಂತ-ಹಂತವಾದ ಅಂದಾಜನ್ನು ಉತ್ಪಾದಿಸುತ್ತದೆ, ಆದ್ದರಿಂದ ಪ್ರತಿ ಸ್ವಿಚ್ಚಿಂಗ್ ಘಟಕವು ಒಟ್ಟು DC ಬಸ್ ವೋಲ್ಟೇಜ್‌ನ ಒಂದು ಭಾಗವನ್ನು ಮಾತ್ರ ತಡೆದುಕೊಳ್ಳುತ್ತದೆ.

2.2 ಸಾಮಾನ್ಯ ಟಾಪೊಲಜಿಗಳು:

• ಮಾಡ್ಯೂಲರ್ ಮಲ್ಟಿಲೆವೆಲ್ ಕನ್ವರ್ಟರ್ (MMC): ಮಧ್ಯಮ-ಮತ್ತು ಉನ್ನತ-ವೋಲ್ಟೇಜ್ SSTಗಳಿಗೆ ಅತ್ಯಂತ ಇಷ್ಟಗೊಂಡ ಟಾಪೊಲಜಿಗಳಲ್ಲಿ ಒಂದು. ಇದು ಸರಣಿಯಲ್ಲಿ ಸಂಪರ್ಕಿಸಲಾದ ಅನೇಕ ಗುರುತಿಸಲಾಗದ ಸಬ್‌ಮಾಡ್ಯೂಲ್‌ಗಳಿಂದ (SMs) ಕೂಡಿದೆ. ಪ್ರತಿ ಸಬ್‌ಮಾಡ್ಯೂಲ್ ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಕೆಪಾಸಿಟರ್ ಮತ್ತು ಹಲವು ಸ್ವಿಚ್ಚಿಂಗ್ ಘಟಕಗಳನ್ನು ಒಳಗೊಂಡಿರುತ್ತದೆ. ಘಟಕಗಳು ಸಬ್‌ಮಾಡ್ಯೂಲ್‌ನ ಕೆಪಾಸಿಟರ್‌ನ ವೋಲ್ಟೇಜ್ ಮಾತ್ರವನ್ನು ತಡೆದುಕೊಳ್ಳುತ್ತವೆ, ಇದು ಪರಿಣಾಮಕಾರಿಯಾಗಿ ವೋಲ್ಟೇಜ್ ಒತ್ತಡದ ಸಮಸ್ಯೆಯನ್ನು ಪರಿಹರಿಸುತ್ತದೆ. ಪ್ರಯೋಜನಗಳಲ್ಲಿ ಮಾಡ್ಯೂಲರಿಟಿ, ಮಾಪನಶೀಲತೆ ಮತ್ತು ಉತ್ತಮ ಔಟ್‌ಪುಟ್ ತರಂಗಾಕೃತಿ ಗುಣಮಟ್ಟ ಸೇರಿವೆ.

• ಫ್ಲೈಯಿಂಗ್ ಕೆಪಾಸಿಟರ್ ಮಲ್ಟಿಲೆವೆಲ್ ಕನ್ವರ್ಟರ್ (FCMC) ಮತ್ತು ಡಯೋಡ್-ಕ್ಲಾಂಪ್ಡ್ ಮಲ್ಟಿಲೆವೆಲ್ ಕನ್ವರ್ಟರ್ (DNPC): ಇವು ಸಹ ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಬಳಸಲಾಗುವ ಮಲ್ಟಿಲೆವೆಲ್ ರಚನೆಗಳು, ಆದರೆ ಮಟ್ಟಗಳ ಸಂಖ್ಯೆ ಹೆಚ್ಚಾದಂತೆ ರಚನಾತ್ಮಕ ಮತ್ತು ನಿಯಂತ್ರಣದ ದೃಷ್ಟಿಯಿಂದ ಸಂಕೀರ್ಣವಾಗುತ್ತವೆ.

• ಪ್ರಯೋಜನಗಳು: ವ್ಯಕ್ತಿಗತ ಘಟಕಗಳ ವೋಲ್ಟೇಜ್ ರೇಟಿಂಗ್ ಮಿತಿಯನ್ನು ಮೂಲಭೂತವಾಗಿ ಪರಿಹರಿಸುತ್ತದೆ, ಔಟ್‌ಪುಟ್ ವೋಲ್ಟೇಜ್ ತರಂಗಾಕೃತಿ ಗುಣಮಟ್ಟವನ್ನು ಗಣನೀಯವಾಗಿ ಸುಧಾರಿಸುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಫಿಲ್ಟರ್ ಗಾತ್ರವನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡುತ್ತದೆ.

3. ಇನ್‌ಪುಟ್-ಸೀರೀಸ್ ಔಟ್‌ಪುಟ್-ಪ್ಯಾರಲಲ್ (ISOP) ಕ್ಯಾಸ್ಕೇಡೆಡ್ ರಚನೆ

• ತತ್ವ: ಹಲವು ಸಂಪೂರ್ಣ, ಸ್ವತಂತ್ರ ಶಕ್ತಿ ಪರಿವರ್ತನಾ ಘಟಕಗಳು (ಉದಾಹರಣೆಗೆ, DAB, ಡ್ಯುಯಲ್ ಆಕ್ಟಿವ್ ಬ್ರಿಡ್ಜ್) ತಮ್ಮ ಇನ್‌ಪುಟ್‌ಗಳನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿನ ವೋಲ್ಟೇಜ್ ಅನ್ನು ತಡೆದುಕೊಳ್ಳಲು ಸರಣಿಯಲ್ಲಿ ಮತ್ತು ಔಟ್‌ಪುಟ್‌ಗಳನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿನ ಪ್ರವಾಹವನ್ನು ಒದಗಿಸಲು ಸಮಾಂತರವಾಗಿ ಸಂಪರ್ಕಿಸಲಾಗಿದೆ. ಇದು ವ್ಯವಸ್ಥೆ-ಮಟ್ಟದ ಮಾಡ್ಯೂಲರ್ ಪರಿಹಾರ.

• ಪ್ರಯೋಜನಗಳು: ಪ್ರತಿ ಘಟಕವು ಕಡಿಮೆ-ವೋಲ್ಟೇಜ್ ಪ್ರಮಾಣಿತ ಮಾಡ್ಯೂಲ್ ಆಗಿದ್ದು, ವಿನ್ಯಾಸ, ತಯಾರಿಕೆ ಮತ್ತು ನಿರ್ವಹಣೆಯನ್ನು ಸರಳಗೊಳಿಸುತ್ತದೆ. ಹೆಚ್ಚಿನ ವಿಶ್ವಾಸಾರ್ಹತೆ (ಒಂದು ಘಟಕದ ವೈಫಲ್ಯ ಒಟ್ಟಾರೆ ವ್ಯವಸ್ಥೆಯ ಕಾರ್ಯಾಚರಣೆಯನ್ನು ಅಡ್ಡಿಪಡಿಸುವುದಿಲ್ಲ). SSTನ ಮಾಡ್ಯೂಲರ್ ವಿನ್ಯಾಸ ತತ್ವಕ್ಕೆ ತುಂಬಾ ಸೂಕ್ತ.

4. ಆಂತರಿಕ ಬಲಪಡಿಸುವಿಕೆ: ಘಟಕ-ಮಟ್ಟದ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನ ನವೀಕರಣ (ಭವಿಷ್ಯದ ಅಭಿವೃದ್ಧಿ ದಿಕ್ಕು)

ಈ ವಿಧಾನವು ವಸ್ತು ವಿಜ್ಞಾನ ಮತ್ತು ಅರ್ಧವಾಹಕ ಭೌತಶಾಸ್ತ್ರದ ದೃಷ್ಟಿಕೋನಗಳಿಂದ ಸಮಸ್ಯೆಯನ್ನು ಮೂಲಭೂತವಾಗಿ ಪರಿಹರಿಸುತ್ತದೆ.

4.1 ವೈಡ್-ಬ್ಯಾಂಡ್‌ಗ್ಯಾಪ್ ಅರ್ಧವಾಹಕ ಘಟಕಗಳನ್ನು ಬಳಸುವುದು

ತತ್ವ: ಸಿಲಿಕಾನ್ ಕಾರ್ಬೈಡ್ (SiC) ಮತ್ತು ಗ್ಯಾಲಿಯಂ ನೈಟ್ರೈಡ್ (GaN) ನಂತಹ ಹೊಸ ತಲೆಮಾರಿನ ಅರ್ಧವಾಹಕ ವಸ್ತುಗಳು ಸಾಂಪ್ರದಾಯಿಕ ಸಿಲಿಕಾನ್ (Si) ಗಿಂತ ಒಂದು ಕ್ರಮದಲ್ಲಿ ಹೆಚ್ಚಿನ ಮುಖ್ಯ ವಿದ್ಯುತ್ ಕ್ಷೇತ್ರವನ್ನು ಹೊಂದಿವೆ. ಇದರ ಅರ್ಥ SiC ಘಟಕಗಳು Si

ಅನ್ವಯ: ಪ್ರಾಮುಖ್ಯವಾಗಿ 600 V ಮತ್ತು 900 V ನಡುವಿನ ವೋಲ್ಟೇಜ್ ರೇಟಿಂಗ್ ಅನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ಉಪಕರಣಗಳಲ್ಲಿ ಬಳಸಲಾಗುತ್ತದೆ. SSTs ನ ಕಡಿಮೆ-ವೋಲ್ಟೇಜ್ ಪಾರ್ಶ್ವವನ್ನು ಅಥವಾ ಕಡಿಮೆ-ಶಕ್ತಿ ವಿಭಾಗಗಳಲ್ಲಿ ಅನ್ವಯಗೊಳಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ, ಆದರೆ ನೇರವಾಗಿ ಮಧ್ಯ-ವೋಲ್ಟೇಜ್ ಅನ್ವಯಗಳಿಗೆ ಸರಿಯಾಗಿಲ್ಲ.

5. ಹೋಲಿಕೆ

ಶಕ್ತಿ ಸಂಪರ್ಕದ ಉಪಕರಣಗಳ ವೋಲ್ಟೇಜ್ ರೇಟಿಂಗ್ ಮಿತಿಗಳನ್ನು SSTs ನಲ್ಲಿ ಹೇಗೆ ದೂರಪಡಿಸಬಹುದು?

• ನಿಂದಿನ ಪ್ರಮಾಣದ ಅನುಕೂಲವಾದ ಮತ್ತು ನಿಶ್ಚಯಾಂಕಿತ ಪರಿಹಾರವೆಂದರೆ ಬಹುಮಟ್ಟದ ಕನ್ವರ್ಟರ್ ಟೋಪೊಲಜಿಗಳನ್ನು (ವಿಶೇಷವಾಗಿ ಮಧ್ಯಮ ಬಹುಮಟ್ಟದ ಕನ್ವರ್ಟರ್ಗಳು, MMC) ಅಥವಾ ಇನ್-ಸರಿಯ ಔಟ್-ಪರಳೆ ಬಾಹ್ಯಾಕಾಶ (ISOP) ಸಂರಚನೆಗಳನ್ನು ಗ್ರಹಣ ಮಾಡುವುದು. ಈ ವಿಧಾನಗಳು, ಪ್ರಾಣಿತ ಸಿಲಿಕನ್-ಬೇಸ್ ಉಪಕರಣಗಳ ಮೇಲೆ ಆಧಾರಿತವಾಗಿರುತ್ತದೆ, ಒಂದೇ ಒಂದು ಉಪಕರಣದ ವೋಲ್ಟೇಜ್ ರೇಟಿಂಗ್ ಮಿತಿಯನ್ನು ಸುಂದರವಾದ ವ್ಯವಸ್ಥೆ-ಮಟ್ಟದ ನಕ್ಷೆಗಳ ಮೂಲಕ ತಪ್ಪಿಸುತ್ತದೆ.

• ಅನಂತರದ ಮೂಲ ಪರಿಹಾರವೆಂದರೆ ಉನ್ನತ-ವೋಲ್ಟೇಜ್ ವೈಡ್-ಬ್ಯಾಂಡ್ಗ್ ಸೆಮಿಕಂಡಕ್ಟರ್ ಉಪಕರಣಗಳ, ವಿಶೇಷವಾಗಿ ಸಿಲಿಕನ್ ಕಾರ್ಬೈಡ್ (SiC) ಯ ಪ್ರಾಣಿತತೆ ಮತ್ತು ಖರೀದಿಯ ಕಡಿಮೆಯಾಗುವುದು. ಇದನ್ನು ಪೂರ್ಣಗೊಳಿಸಿದಾಗ, SST ಟೋಪೊಲಜಿಗಳನ್ನು ಸುಳ್ಳೆಗಳಿಸಬಹುದು, ಇದು ನಿಷ್ಕ್ರಿಯತೆ ಮತ್ತು ಶಕ್ತಿ ಘನತೆಯಲ್ಲಿ ದೊಡ್ಡ ಮುಂದುವರಿಕೆಯನ್ನು ಅನುಮತಿಸುತ್ತದೆ.

ವಾಸ್ತವದ SST ಪ್ರಾತಿನಿಧ್ಯ ಮತ್ತು ಅಭಿವೃದ್ಧಿಯಲ್ಲಿ, ಅನೇಕ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನಗಳನ್ನು ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಸಂಯೋಜಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ—ಉದಾಹರಣೆಗೆ, SiC ಉಪಕರಣಗಳನ್ನು ಬಳಸಿ ಏಳುವ ಎಂಎಂಸಿ ಟೋಪೊಲಜಿ—ಅತ್ಯುತ್ತಮ ಪ್ರದರ್ಶನ ಮತ್ತು ನಿಶ್ಚಯಾಂಕತೆಯನ್ನು ನೀಡಲು.