سنسورهای فلکسگیت در SST: دقت و حفاظت

چه کسی SST است؟

SST مخفف Solid-State Transformer (تبدیل‌کننده حالت جامد) یا به نام دیگر Power Electronic Transformer (تبدیل‌کننده الکترونیک قدرت) است. از دیدگاه انتقال قدرت، یک SST معمولی به شبکه AC 10 kV در سمت اصلی متصل شده و در سمت ثانویه حدود 800 V DC خروجی می‌دهد. فرآیند تبدیل قدرت معمولاً شامل دو مرحله است: AC-to-DC و DC-to-DC (پایین‌بردن ولتاژ). هنگامی که خروجی برای تجهیزات انفرادی یا یکپارچه‌سازی در سرورها استفاده می‌شود، مرحله اضافی برای پایین‌بردن ولتاژ از 800 V به 48 V لازم است.

SSTs توابع اساسی ترانسفورماتورهای سنتی را حفظ می‌کنند و همچنین قابلیت‌های پیشرفته‌ای مانند جبران توان واکنشی، کاهش هارمونیک و کنترل جریان قدرت دوطرفه را یکپارچه می‌کنند. آنها عمدتاً در کاربردهای با توان بالا مانند یکپارچه‌سازی شبکه‌های انرژی تجدیدپذیر، ایستگاه‌های شارژ خودروهای برقی و مراکز محاسباتی (مانند AIDC) استفاده می‌شوند.

SST: راه‌حل بهینه برای دوره AIDC با توان بالا

SST نمایانگر راه‌حل توزیع قدرت DC با ولتاژ بالای نسل سوم است.

• نسل اول HVDC ساختار ترانسفورماتور توان فرکانس معمولی را حفظ می‌کند و فقط سمت UPS را بهبود می‌بخشد.

• راه‌حل‌های نسل دوم، مانند منبع تغذیه Panama، ترانسفورماتور توان فرکانس را با یک ترانسفورماتور فاز‌شیفتی جایگزین می‌کنند و یکپارچگی را بهبود می‌بخشند.

• نسل سوم SST ترانسفورماتور توان فرکانس را با یک ترانسفورماتور با فرکانس بالا جایگزین می‌کند و بالاترین سطح از یکپارچگی را به دست می‌آورد.

هسته SST در ترک ساختار هسته‌ای و پیچشی ترانسفورماتورهای سنتی و استفاده از دستگاه‌های نیمه‌رسانا مانند IGBT و SiC است. SST مزایای بیشتری در زمینه‌های زیر ارائه می‌دهد:

• کارایی تبدیل (کارایی انتهایی به انتهایی بیش از 3 درصد بهبود یافته)،

• زمان ساخت (فقط 30٪ از راه‌حل‌های UPS سنتی)،

• فضای مورد نیاز (کاهش بیش از 50٪ نسبت به UPS سنتی)،

• یکپارچه‌سازی انرژی تجدیدپذیر (تأمین مستقیم انرژی سبز بدون ماژول‌های تبدیل اضافی).

از نظر نظری، با کاهش تعداد تبدیلات ولتاژ و جریان، SST ضرر انتقال قدرت را به حداقل می‌رساند و به طور دقیق نقاط دردناک توزیع قدرت در مراکز داده با توان بالا را حل می‌کند.

استفاده از سنسورهای جریان روی برد با دقت بالا در SST

حسگری دقیق جریان برای تبدیل و کنترل قدرت

تبدیل‌کننده‌های AC/DC و DC/DC در SST به الگوریتم‌های مدولاسیون پیشرفته و کنترل حلقه بسته متکی هستند. حد بالای دقت کنترل توسط دقت سنسور تعیین می‌شود. سیگنال جریان نزدیک به "حقیقت مطلق" که توسط سنسورهای fluxgate ارائه می‌شود، پایه‌ای برای محاسبات دقیق کنترلر (مانند تولید سیگنال‌های جبرانی، محاسبه توان فعال و واکنشی) تشکیل می‌دهد. حرارت‌زدایی کم مطمئن می‌کند که این دقت نه تنها در شرایط آزمایشگاهی بلکه در محدوده کامل دماهای عملیاتی حفظ شود. چون ماژول‌های قدرت SST در طول عملیات مقدار زیادی گرما تولید می‌کنند و دماهای محیطی به طور قابل توجهی متلاطم می‌شوند، ویژگی حرارت‌زدایی کم مطمئن می‌کند که مراجع کنترلی از شروع تا بار کامل یکسان باقی بمانند و کاهش کارایی یا عدم پایداری کنترل به دلیل حرارت‌زدایی سنسور اتفاق نیفتد.

حفاظت دقیق از جریان بیش از حد و کوتاه شدن مدار

دستگاه‌های نیمه‌رسانا (مانند SiC MOSFET) در داخل SST با فرکانس‌های سوئیچینگ بالا عمل می‌کنند اما تحمل محدودی نسبت به جریان بیش از حد دارند. جریان‌های خطای باید در میکروثانیه‌ها قطع شوند. پاسخ سریع سنسورهای fluxgate مانند دوربین سریع عمل می‌کند و جریان‌های تیز را به طور فوری ضبط می‌کند، زمان واکنش بحرانی برای مدارهای محرک و محافظ را ارائه می‌دهد تا از خرابی‌های متوالی دستگاه‌ها جلوگیری کند. این نه تنها امنیت را تضمین می‌کند بلکه عملکرد پویای سیستم را نیز بهبود می‌بخشد. بازخورد جریان سریع به کنترلر اجازه می‌دهد تا اختلالات ناشی از تغییرات بار را به سرعت سرکوب کند و ولتاژ اتوبوس را ثابت نگه دارد.

مقاومت قوی در برابر نویز برای دقت و قابلیت اطمینان داده‌ها

SST خود یک منبع قدرتمند تداخل الکترومغناطیسی با فرکانس بالا است. سنسورهای جریان سنتی (مانند سنسورهای Hall-effect) به این نویز حساس هستند و باعث ایجاد سیگنال‌های تیز می‌شوند که می‌توانند باعث اختلال در کنترل یا داده‌های نظارتی تحریف شده شوند. فناوری fluxgate بر اساس اصول اشباع هسته مغناطیسی، به طور ذاتی نویز خارج از باند را سرکوب می‌کند. این فناوری می‌تواند سیگنال‌های جریان اساسی یا باند خاص را از محیط‌های الکترومغناطیسی پیچیده به طور واضح استخراج کند و داده‌های قابل اعتماد برای سیستم‌های نظارت و مدیریت سلامتی ارائه دهد.

به علاوه، طراحی روی برد سنسورهای fluxgate امکان یکپارچه‌سازی مستقیم آنها روی PCB‌های کنترل را فراهم می‌کند، حجم سیستم را کاهش می‌دهد و طرح را بهینه می‌کند. این موضوع برای تعقیب SST از چگالی توان بالا و کوچک‌سازی ایده‌آل است.