چالشات ولتاژ SST: توپولوژی او تکنالوژۍ SiC

د سولید-استیټ ترانسفورمر (SST) یو له اساسي چالنګو کې دا ده چې د یو پوړۍ برقی ډیوایس د ولټاژ رتبه شتون لږ دی چې په مستقیم ډول د متوسط ولټاژ توزیع شبکو (مثلاً ۱۰ kV) سره سمون وکړي. دا ولټاژ محدودیت د یو ټکنالوژۍ پر توګه حل نه شي، بلکې د "ترکیبی روغ" پر توګه. دا مهمه استراتیژۍ دوه ډولونه ته تقسیم کیږي: "داخلي" (د ډیوایس سطح ټکنالوژۍ او مادې ابتکار) او "بریالی ترکیب" (د سیرکټ طوبیولوژۍ).

۱. بریالی ترکیب: د سیرکټ طوبیولوژۍ پر وړاندې حل (په حال ډول د نرمال او مرسته وړ څانګه)
دا په حال ډول د متوسط او لوی ولټاژ، لوی قدرت یې د نرمال او مرسته وړ څانګه ده. دا اصلي خلک ده چې "د یوتنې ښه" - د ډیوایسو ترمنځ د سیریز تړاو یا ماډولر ترکیب له پرته د لوی ولټاژ په اشتراک ونه.

۱.۱ د ډیوایسو سیریز تړاو

 اصول: ډېر چاپېر ډیوایسونه (مثلاً IGBTs یا SiC MOSFETs) د سیریز تړاو په صورت کې د لوی ولټاژ د سمونو پرمهال کې یې د اړتیا د ډیوایسو ترمنځ په اشتراک ونه. دا د ډېر باتریونو ترمنځ د سیریز تړاو په توګه د لوی ولټاژ وړاندې کول سره مشابه ده.

 اساسي چالنګونه:

• د پوښې ولټاژ د معادلونه: د ډیوایسو ترمنځ د ډېر چوکاټو پارامیټرونو (مثلاً د چاپېر سرعت، جنکشن کیپیسیټنس) په اړه، ولټاژ د ډیوایسو ترمنځ په دې پرتله کې د پوښې چاپېر کې مناسبه دی نه وي، چې د یو ډیوایس ته د لوی ولټاژ او فیلېر راواړي.

• حل: د پیچلو او غیرفعال ولټاژ د معادلونه سیرکټونه (مثلاً snubber circuits، gate control) د ولټاژ د اشتراک پر وړاندې کول لپاره مخکې دي، چې د سیسټم پیچیدونه او قیمت یې لوړوي.

۲. د ډیر لیولو کانورټر طوبیولوژۍ (په حال ډول د SST لپاره د نرمال انتخاب)

۲.۱ اصول: دا د یو پیشرفته او لوړه کارکوونکی "ماډولر سیریز" مفهوم ده. دا د ډېر ولټاژ لیولو په کې د سینوسویل موج د ډیر لیولو نښې وړاندې کوي، چې هر چاپېر ډیوایس په دې توګه د کلی DC بس ولټاژ د یو چندې حصه ته د ښودلیک پرې ترسره کوي.

۲.۲ عام طوبیولوژۍ:

• ماډولر ډیر لیولو کانورټر (MMC): د متوسط او لوی ولټاژ SST لپاره د ډېر پسندیده طوبیولوژۍ. دا د ډېر یو شان سب موډولونو (SMs) ترمنځ د سیریز تړاو لري. هر سب موډول معمولاً د کیپیسیټر او ډېر چاپېر ډیوایسونه شامل دي. ډیوایسونه په دې توګه د سب موډول کیپیسیټر د ولټاژ ته د ښودلیک پرې ترسره کوي، چې د ولټاژ ستونزو مسئله په اړه د حل وړاندې کوي. دا په مزیتونو کې د ماډولاريتي، مقیاس پذیري او عالی خروجی موج کیفیت شامل دي.

• د پرواز کیپیسیټر ډیر لیولو کانورټر (FCMC) او د دایډ کلیمپ شوي ډیر لیولو کانورټر (DNPC): نیز د ډیر لیولو سازونه عام دي، په دې ډول چې د لیولو شمیر په افزایش کې د ساختاري او کنټرول په اړه پیچیدونه لري.

• مزیت: د یو ډیوایس ولټاژ رتبه محدودیت په اساس حل کوي، خروجی ولټاژ موج کیفیت ډېر بیا بیا کوي او فلټر سایز یې کم کوي.

۳. د انټری سیریز او آوټپوټ پرايلل (ISOP) کاسکیډ شکل

• اصول: ډېر کامل او مستقل برقی کانورټر يونیټونه (مثلاً DAB، دویمې فعال پلټ) د انټریونو ترمنځ د سیریز تړاو او د آوټپوټونو ترمنځ د پرايلل تړاو په توګه د لوی ولټاژ او لوی جریان ته د ښودلیک پرې ترسره کوي. دا د سیسټم سطح ماډولر حل ده.

• مزیت: هر یو یونیټ د لوړ ولټاژ استاندارد ماډول دی، چې د ډیزاین، پروډکشن او صيانت په اړه ساده کوي. لوړه وګړه (د یو یونیټ فیلېر ټول سیسټم ته د عمل پرې ترسره نه کوي). د SST د ماډولر ډیزاین فلسفي ته د ښه تطبیق لري.

۴. داخلي تقویت: د ډیوایس سطح ټکنالوژۍ ابتکار (آینده د ترقی ډول)

دا اصول د مادې علم او سیمیکانډوکټر فیزیک په اړه د مسئله په اساس حل کوي.

۴.۱ د وایډ-بنډګیپ سیمیکانډوکټر ډیوایسونو کارول

اصول: نوی ډیوایس مادېونه مثلاً سیلیکون کاربایډ (SiC) او ګالیم نایټرایډ (GaN) د ټرادیسیوني سیلیکون (Si) په اړه د کریټیکل بریک ډاؤن الکټریکل فیلډونو په اړه د یو ډول ډېر لوړه دی. دا ماته کوي چې SiC ډیوایسونه د یو ډول ډېر لوړه ولټاژ رتبه په دې ډول چې Si ډیوایسونه.
مزیت:

• ډېر لوړه ولټاژ رتبه: د یو SiC MOSFET په اسانۍ سره د ۱۰ kV په څخه ډېر لوړه ولټاژ رتبه ترسره کولی شي، چې د سیلیکون IGBTs معمولاً د ۶.۵ kV څخه پایین محدودیت لري. دا د SST طوبیولوژۍ ساده کوي (د سیریز تړاو ډیوایسونو شمیر کم کوي).

• ډېر لوړه کارکوونه: د وایډ-بنډګیپ ډیوایسونه د کنډکټانس رزیستانس او چاپېر زیانونو په اړه ډېر لوړه دی، چې SST په ډېر لوړه فریکوئنسيو کې کارولی شي، په دې توګه د مغناطيسي کامپوننتونو (ترانسفورمر، انډکټر) سایز او وزن ډېر بیا کم کوي.
  

• حال: د لوی ولټاژ SiC ډیوایسونه په حال ډول د SST پژوهونو کې د یو مهم موضوع دی او د آینده د SST د ډېر لوړه طرحونو لپاره د یو مهم فعال تکنالوژۍ دی.

۴. ۲ د سوپرجانکشن تکنالوژۍ

• اصول: د سیلیکون مبنايي MOSFETونو لپاره د یو پیشرفته تکنیک چې د P-ټایپ او N-ټایپ ستونزې د یو ډول د ګټې په اړه د الکټریکل فیلډ توزیع ته د بدلون په توګه، چې د ولټاژ بلاک کولو کارکوونه په اساس ډېر بیا کوي او د لوړه رزیستانس په اړه د یو ډول ډېر لوړه دی.

• د اپلیکیشن: پریمهري د ۶۰۰ V تر ۹۰۰ V ولټینه رېټینګ لرونکي دستگاهونو کې کارول کیږي. د SSTs کچه ولاټینه یا کم توان د بخشونو کې کارول کیږي، خو هنوز د مستقیم میانی ولټینه کارولو لپاره کافي نشته.

۵. پرتله

د سرچینو شمېرې د ولټیګي رتبې محدودیتونه څه وړاندیز کېږي؟

• په حال ډول ترټولو عملی او اعتمادپذیر حل د ډلې د چند لایه کنورټرونو (ویژنه ډلې د چند لایه کنورټرونو، MMC) یا د انټرنال سیریز آؤټپټ پارالل (ISOP) سټروکټورونو لخوا د ګډون لرونکي د سیليکون په بنسټ سره د ځانګړو دستاویزو لپاره د ولټیګي رتبې محدودیت په وړاندیز کېږي.

• د آینده برایې د اساسي حل د لوی ولټیګي وایډ بانډګیپ سمیکونډ دستاویزو، خصوصاً د سیلیکون کاربایډ (SiC) په ماتورۍ او قیمت ښکلونو توګه وړاندیز کېږي. هغه ډول په پام کې نیولو سره د SST طوبیانو په ساده کولو کې یې ګڼه کېږي، د کاروونو او پاور چگالیتوبو لپاره یو ګټه جوړ کېږي.

په واقعي SST پژوهونو او توسعې کې، معمولاً ډېرې تکنالوژۍ یو بل سره چمتو شوي دي - مثلاً د SiC دستاویزو لخوا د MMC طوبیانو کارول - د بهرنیو کاروونو او اعتمادپذیرۍ لپاره.