SST వోల్టేజ్ సవాళ్ళు: టాపోలజీలు & SiC టెక్నాలజీ

సాలిడ్-స్టేట్ ట్రాన్స్ఫార్మర్లు (SST) యొక్క ప్రధాన సవాళ్లలో ఒకటి ఏమిటంటే, ఒకే శక్తి అర్ధవాహక పరికరం యొక్క వోల్టేజి రేటింగ్ మధ్యస్థ-వోల్టేజి పంపిణీ నెట్‌వర్క్‌లను (ఉదా: 10 kV) నేరుగా నిర్వహించడానికి చాలా తక్కువగా ఉంటుంది. ఈ వోల్టేజి పరిమితిని పరిష్కరించడం ఒకే సాంకేతికతపై ఆధారపడదు, బదులుగా "సంయోగ విధానం" అవసరం. ప్రధాన వ్యూహాలను రెండు రకాలుగా వర్గీకరించవచ్చు: "అంతర్గత" (పరికర-స్థాయి సాంకేతికత మరియు పదార్థ నవీకరణ ద్వారా) మరియు "బాహ్య సహకారం" (సర్క్యూట్ టాపాలజీ ద్వారా).

1. బాహ్య సహకారం: సర్క్యూట్ టాపాలజీ ద్వారా పరిష్కారం (ప్రస్తుతం అత్యంత ప్రధాన మరియు పరిపక్వమైన విధానం)
ఇది ప్రస్తుతం మధ్యస్థ-మరియు అధిక-వోల్టేజి, అధిక-శక్తి అనువర్తనాలలో అత్యంత విశ్వసనీయమైన మరియు విస్తృతంగా ఉపయోగించే విధానం. దీని ప్రాథమిక ఆలోచన "ఐక్యతలో శక్తి"—ఎక్కువ వోల్టేజిని భరించడానికి పలు పరికరాలను సిరీస్ కలయిక లేదా మాడ్యులర్ కలయిక ద్వారా ఉపయోగించడం.

1.1 పరికర సిరీస్ కనెక్షన్

 సూత్రం: అనేక స్విచ్చింగ్ పరికరాలు (ఉదా: IGBTs లేదా SiC MOSFETs) సిరీస్ లో నేరుగా కనెక్ట్ చేయబడతాయి, కలిసి అధిక వోల్టేజిని భరిస్తాయి. ఇది ఎక్కువ వోల్టేజి సాధించడానికి అనేక బ్యాటరీలను సిరీస్ లో కనెక్ట్ చేయడానికి సమానం.

 ప్రధాన సవాళ్లు:

• డైనమిక్ వోల్టేజి బ్యాలెన్సింగ్: పరికరాల మధ్య చిన్న పారామితి వ్యత్యాసాల (ఉదా: స్విచ్చింగ్ వేగం, జంక్షన్ కెపాసిటెన్స్) కారణంగా, అధిక-వేగ స్విచ్చింగ్ సమయంలో వోల్టేజి పరికరాల మధ్య సమానంగా పంపిణీ చేయబడదు, ఇది ఒక పరికరంలో ఓవర్‌వోల్టేజి మరియు వైఫల్యానికి దారితీస్తుంది.

• పరిష్కారాలు: వోల్టేజి షేరింగ్‌ను నిలుపుదల చేయడానికి సంక్లిష్టమైన చురుకైన లేదా నిష్క్రియ వోల్టేజి బ్యాలెన్సింగ్ సర్క్యూట్లు (ఉదా: స్నబ్బర్ సర్క్యూట్లు, గేట్ కంట్రోల్) అవసరం, ఇది సిస్టమ్ సంక్లిష్టత మరియు ఖర్చును పెంచుతుంది.

2. మల్టీలెవల్ కన్వర్టర్ టాపాలజీలు (ఈ రోజు SST కోసం ప్రధాన ఎంపిక)

2.1 సూత్రం: ఇది మరింత అధునాతన మరియు ఉన్నత పనితీరు కలిగిన "మాడ్యులర్ సిరీస్" భావన. పలు వోల్టేజి స్థాయిలను ఉపయోగించి సైన్ తరంగానికి దగ్గరగా ఉన్న పగడపు ఆకృతిని ఉత్పత్తి చేస్తుంది, కాబట్టి ప్రతి స్విచ్చింగ్ పరికరం మొత్తం DC బస్ వోల్టేజిలో ఒక భాగాన్ని మాత్రమే భరిస్తుంది.

2.2 సాధారణ టాపాలజీలు:

• మాడ్యులర్ మల్టీలెవల్ కన్వర్టర్ (MMC): మధ్యస్థ- మరియు అధిక-వోల్టేజి SSTలకు అత్యంత ఇష్టమైన టాపాలజీలలో ఒకటి. ఇది సిరీస్ లో కనెక్ట్ చేయబడిన అనేక గుర్తించదగిన సబ్‌మాడ్యూల్స్ (SMలు) తో కూడినది. ప్రతి సబ్‌మాడ్యూల్ సాధారణంగా ఒక కెపాసిటర్ మరియు కొన్ని స్విచ్చింగ్ పరికరాలను కలిగి ఉంటుంది. పరికరాలు సబ్‌మాడ్యూల్ యొక్క కెపాసిటర్ వోల్టేజిని మాత్రమే భరిస్తాయి, ఇది ప్రభావవంతంగా వోల్టేజి ఒత్తిడి సమస్యను పరిష్కరిస్తుంది. ప్రయోజనాలు మాడ్యులారిటీ, స్కేలబిలిటీ మరియు అద్భుతమైన అవుట్‌పుట్ తరంగ నాణ్యతను కలిగి ఉంటాయి.

• ఫ్లైయింగ్ కెపాసిటర్ మల్టీలెవల్ కన్వర్టర్ (FCMC) మరియు డయోడ్-క్లాంప్డ్ మల్టీలెవల్ కన్వర్టర్ (DNPC): ఇవి కూడా సాధారణంగా ఉపయోగించే మల్టీలెవల్ నిర్మాణాలు, కానీ స్థాయిల సంఖ్య పెరిగే కొద్దీ నిర్మాణపరంగా మరియు నియంత్రణ పరంగా సంక్లిష్టంగా మారతాయి.

• ప్రయోజనాలు: వ్యక్తిగత పరికరాల యొక్క వోల్టేజి రేటింగ్ పరిమితిని ప్రాథమికంగా పరిష్కరిస్తుంది, అవుట్‌పుట్ వోల్టేజి తరంగ నాణ్యతను గణనీయంగా మెరుగుపరుస్తుంది మరియు ఫిల్టర్ పరిమాణాన్ని తగ్గిస్తుంది.

3. ఇన్‌పుట్-సిరీస్ అవుట్‌పుట్-పారలల్ (ISOP) కాస్కేడెడ్ నిర్మాణం

• సూత్రం: అనేక పూర్తి, స్వతంత్ర శక్తి మార్పిడి యూనిట్లు (ఉదా: DAB, డ్యూయల్ యాక్టివ్ బ్రిడ్జ్) వాటి ఇన్‌పుట్లు సిరీస్ లో ఉండి అధిక వోల్టేజిని భరించడానికి మరియు అవుట్‌పుట్లు పారలల్ లో ఉండి అధిక కరెంట్‌ను అందించడానికి కనెక్ట్ చేయబడతాయి. ఇది సిస్టమ్-స్థాయి మాడ్యులర్ పరిష్కారం.

• ప్రయోజనాలు: ప్రతి యూనిట్ తక్కువ-వోల్టేజి ప్రామాణిక మాడ్యూల్, రూపకల్పన, ఉత్పత్తి మరియు నిర్వహణను సులభతరం చేస్తుంది. అధిక విశ్వసనీయత (ఒక యూనిట్ వైఫల్యం సమగ్ర సిస్టమ్ పనితీరును అంతరాయం కలిగించదు). SST యొక్క మాడ్యులర్ రూపకల్పన తత్వానికి అత్యంత అనుకూలంగా ఉంటుంది.

4. అంతర్గత బలోపేతం: పరికర-స్థాయి సాంకేతిక నవీకరణ (భవిష్య

ప్రయోజనం: ముఖ్యంగా 600 V మరియు 900 V మధ్య వోల్టేజ్ రెటింగ్‌లు ఉన్న పరికరాలలో ఉపయోగించబడుతుంది. SSTs లో తక్కువ వోల్టేజ్ వైపు లేదా తక్కువ శక్తి విభాగాలలో అనువర్తించబడుతుంది, కానీ నేరుగా మధ్య వోల్టేజ్ ప్రయోజనాలకు ఇది గరిష్ఠంగా దగ్గరకాలేదు.