Capteurs à effet de flux dans SST : Précision et Protection
Qu'est-ce que SST?
SST signifie Solid-State Transformer, également connu sous le nom de Power Electronic Transformer (PET). Du point de vue de la transmission de l'énergie, un SST typique se connecte à un réseau AC de 10 kV du côté primaire et fournit environ 800 V DC du côté secondaire. Le processus de conversion d'énergie implique généralement deux étapes : AC-DC et DC-DC (abaissement de tension). Lorsque la sortie est utilisée pour des équipements individuels ou intégrée dans des serveurs, une étape supplémentaire pour abaisser la tension de 800 V à 48 V est nécessaire.
Les SST conservent les fonctions de base des transformateurs traditionnels tout en intégrant des capacités avancées telles que la compensation de la puissance réactive, l'atténuation des harmoniques et le contrôle du flux d'énergie bidirectionnel. Ils sont principalement utilisés dans des applications de haute puissance comme l'intégration des énergies renouvelables aux réseaux, les stations de recharge pour véhicules électriques et les centres de calcul (par exemple, AIDC).
SST : La solution optimale pour l'ère de l'AIDC à haute puissance
Le SST représente la troisième génération de solutions de distribution d'énergie DC à haute tension.
La première génération de HVDC conserve la structure traditionnelle du transformateur à fréquence de réseau, ne mettant à niveau que le côté Alimentation Ininterrompue (UPS).
Les solutions de deuxième génération, comme l'alimentation Panama, remplacent le transformateur à fréquence de réseau par un transformateur à déphasage, améliorant l'intégration.
La troisième génération de SST remplace le transformateur à fréquence de réseau par un transformateur à haute fréquence, atteignant le plus haut niveau d'intégration.
Le cœur du SST réside dans l'abandon de la structure à noyau de fer et bobinages des transformateurs traditionnels, en utilisant à la place des dispositifs semi-conducteurs tels que les IGBT et les SiC. Le SST offre des avantages supplémentaires en termes de :
Efficacité de conversion (l'efficacité de bout en bout est améliorée de plus de 3 points de pourcentage),
Temps de construction (seulement 30% de celui des solutions UPS traditionnelles),
Encombrement (réduit de plus de 50% par rapport aux UPS traditionnels),
Intégration des énergies renouvelables (alimentation verte directe sans modules de conversion supplémentaires).
Théoriquement, en réduisant le nombre de conversions de tension et de courant, le SST minimise les pertes de transmission d'énergie, répondant précisément aux problèmes de distribution d'énergie dans les centres de données à haute puissance.
Application des capteurs de courant à fluxgate embarqués de haute précision dans le SST
Détecteur de courant précis pour la conversion et le contrôle de l'énergie
Les convertisseurs AC/DC et DC/DC du SST s'appuient sur des algorithmes de modulation avancés et un contrôle en boucle fermée. La limite supérieure de la précision de contrôle est déterminée par la précision des capteurs. Le signal de courant quasi-"absolument vrai" fourni par les capteurs à fluxgate forme la base des calculs précis du contrôleur (par exemple, la génération de signaux de compensation, le calcul de la puissance active et réactive). Une faible dérive thermique garantit que cette précision est maintenue non seulement dans des conditions de laboratoire, mais sur toute la plage de températures de fonctionnement. Comme les modules de puissance du SST génèrent une chaleur significative pendant leur fonctionnement, les températures environnantes fluctuent considérablement. La caractéristique de faible dérive assure des références de contrôle cohérentes du démarrage à la pleine charge, évitant la dégradation de l'efficacité ou l'instabilité de contrôle due à la dérive des capteurs.
Protection précise contre les surintensités et les courts-circuits
Les dispositifs semi-conducteurs de puissance (par exemple, les MOSFET en SiC) à l'intérieur des SST fonctionnent à des fréquences de commutation élevées mais ont une tolérance limitée aux surintensités. Les courants de défaut doivent être interrompus en microsecondes. La réponse rapide des capteurs à fluxgate agit comme une caméra à haute vitesse, capturant instantanément les pics de courant, fournissant un temps de réaction critique pour les circuits de commande et de protection afin de prévenir les pannes en cascade des dispositifs. Cela assure non seulement la sécurité, mais améliore également les performances dynamiques du système. La rétroaction rapide du courant permet au contrôleur de supprimer rapidement les perturbations causées par les transitoires de charge, maintenant une tension de bus stable.
Immunité forte aux bruits pour la précision et la fiabilité des données
Le SST lui-même est une source puissante d'interférences électromagnétiques à haute fréquence. Les capteurs de courant traditionnels (par exemple, les capteurs Hall) sont sensibles à ces bruits, entraînant des pics de signal qui peuvent provoquer des dysfonctionnements de contrôle ou des données de surveillance distordues. La technologie à fluxgate, basée sur les principes de saturation du noyau magnétique, supprime intrinsèquement les bruits hors bande. Elle peut clairement extraire les signaux de courant fondamentaux ou spécifiques de bande souhaités des environnements électromagnétiques complexes, fournissant des données fiables pour les systèmes de surveillance de l'état et de gestion de la santé.
De plus, la conception embarquée des capteurs à fluxgate permet une intégration directe sur les cartes PCB de contrôle, réduisant le volume du système et optimisant la disposition. Cela est idéal pour la quête du SST en termes de densité de puissance élevée et de miniaturisation.
