เซ็นเซอร์ Fluxgate ใน SST: ความแม่นยำและความปลอดภัย

SST คืออะไร?

SST ย่อมาจาก Solid-State Transformer หรือที่เรียกว่า Power Electronic Transformer (PET) จากมุมมองของการส่งกำลังไฟฟ้า SST ทั่วไปจะเชื่อมต่อกับระบบไฟฟ้า AC แรงดัน 10 kV ทางด้านปฐมภูมิ และให้ผลผลิตเป็น DC ประมาณ 800 V ทางด้านทุติยภูมิ การแปลงกำลังไฟฟ้าโดยทั่วไปประกอบด้วยสองขั้นตอน: AC-to-DC และ DC-to-DC (ลดแรงดันลง) เมื่อเอาผลผลิตไปใช้งานกับอุปกรณ์เฉพาะหรือรวมเข้ากับเซิร์ฟเวอร์ จะต้องมีขั้นตอนเพิ่มเติมในการลดแรงดันจาก 800 V ลงมาเป็น 48 V

SSTs ยังคงไว้ซึ่งฟังก์ชันพื้นฐานของหม้อแปลงแบบดั้งเดิมพร้อมกับการผสานฟังก์ชันขั้นสูง เช่น การชดเชยพลังงานปฏิกิริยา การลดฮาร์โมนิก และการควบคุมการไหลของพลังงานในทิศทางทั้งสอง เครื่องมือนี้ถูกใช้ในแอปพลิเคชันที่ต้องการกำลังไฟฟ้าสูง เช่น การเชื่อมโยงกับระบบพลังงานทดแทน สถานีชาร์จรถยนต์ไฟฟ้า และศูนย์คอมพิวเตอร์ (เช่น AIDC)

SST: โซลูชันที่เหมาะสมสำหรับยุค AIDC ที่ต้องการกำลังไฟฟ้าสูง

SST แสดงถึงโซลูชันการกระจายพลังงานไฟฟ้ากระแสตรงแรงดันสูงรุ่นที่สาม

• โซลูชัน HVDC รุ่นแรก ยังคงโครงสร้างของหม้อแปลงความถี่ไฟฟ้าแบบดั้งเดิม โดยปรับปรุงเพียงด้าน Uninterruptible Power Supply (UPS)

• โซลูชันรุ่นที่สอง เช่น Panama power supply แทนที่หม้อแปลงความถี่ไฟฟ้าด้วยหม้อแปลงเปลี่ยนเฟส ทำให้มีการรวมตัวที่ดีขึ้น

• โซลูชัน SST รุ่นที่สาม แทนที่หม้อแปลงความถี่ไฟฟ้าด้วยหม้อแปลงความถี่สูง ทำให้ได้ระดับการรวมตัวที่สูงที่สุด

หัวใจหลักของ SST อยู่ที่การละทิ้งโครงสร้างแกนเหล็กและขดลวดของหม้อแปลงแบบดั้งเดิม โดยใช้เครื่องมือกึ่งตัวนำ เช่น IGBTs และ SiC SST มีข้อได้เปรียบเพิ่มเติมใน:

• ประสิทธิภาพการแปลง (ประสิทธิภาพตลอดทั้งระบบเพิ่มขึ้นมากกว่า 3 เปอร์เซ็นต์)

• เวลาในการก่อสร้าง (เพียง 30% ของโซลูชัน UPS แบบดั้งเดิม)

• พื้นที่ใช้สอย (ลดลงมากกว่า 50% เมื่อเทียบกับ UPS แบบดั้งเดิม)

• การเชื่อมโยงกับพลังงานทดแทน (การจ่ายพลังงานสีเขียวโดยตรงโดยไม่จำเป็นต้องมีโมดูลการแปลงเพิ่มเติม)

ในทางทฤษฎี โดยการลดจำนวนการแปลงแรงดันและกระแส SST สามารถลดการสูญเสียจากการส่งกำลังไฟฟ้า ตอบโจทย์ปัญหาของการกระจายพลังงานในศูนย์ข้อมูลที่ต้องการกำลังไฟฟ้าสูง

การประยุกต์ใช้เซ็นเซอร์กระแสบนบอร์ดแบบ Fluxgate ที่มีความแม่นยำสูงใน SST

การตรวจจับกระแสที่แม่นยำสำหรับการแปลงและการควบคุมพลังงาน

คอนเวอร์เตอร์ AC/DC และ DC/DC ของ SST อาศัยอัลกอริธึมการปรับเปลี่ยนขั้นสูงและการควบคุมวงจรป้อนกลับ ขีดจำกัดสูงสุดของความแม่นยำในการควบคุมถูกกำหนดโดยความแม่นยำของเซ็นเซอร์ สัญญาณกระแสที่ใกล้เคียง "ความจริงสัมบูรณ์" ที่ให้โดยเซ็นเซอร์ Fluxgate เป็นรากฐานสำหรับการคำนวณของคอนโทรลเลอร์ที่แม่นยำ (เช่น การสร้างสัญญาณชดเชย การคำนวณพลังงานทำงานและพลังงานปฏิกิริยา) การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิต่ำทำให้ความแม่นยำนี้ได้รับการรักษาไม่เพียงแค่ภายใต้สภาพแวดล้อมในห้องทดลอง แต่ยังครอบคลุมช่วงอุณหภูมิการทำงานทั้งหมด เนื่องจากโมดูลพลังงาน SST สร้างความร้อนจำนวนมากขณะทำงาน อุณหภูมิสิ่งแวดล้อมมีการเปลี่ยนแปลงอย่างมาก ลักษณะการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิต่ำทำให้การควบคุมอ้างอิงคงที่ตั้งแต่การเริ่มต้นจนถึงโหลดเต็ม ป้องกันการลดลงของประสิทธิภาพหรือการไม่เสถียรของระบบเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของเซ็นเซอร์

การป้องกันกระแสเกินและวงจรป้อนกลับที่แม่นยำ

อุปกรณ์กึ่งตัวนำภายใน SST (เช่น SiC MOSFETs) ทำงานที่ความถี่สวิตช์สูง แต่มีความอดทนต่อกระแสเกินจำกัด กระแสที่ผิดพลาดต้องถูกตัดภายในไมโครวินาที การตอบสนองอย่างรวดเร็วของเซ็นเซอร์ Fluxgate ทำหน้าที่เหมือนกล้องความเร็วสูง จับกระแสสูงทันที ให้เวลาสำคัญสำหรับวงจรขับเคลื่อนและวงจรป้องกันในการป้องกันการล้มเหลวของอุปกรณ์ที่เกิดขึ้นตามลำดับ นี่ไม่เพียงแต่รับประกันความปลอดภัย แต่ยังเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานไดนามิกของระบบ การตอบสนองกระแสอย่างรวดเร็วช่วยให้คอนโทรลเลอร์สามารถปราบปรามการรบกวนที่เกิดจากโหลดที่เปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว ทำให้แรงดันบัสคงที่

ความต้านทานต่อสัญญาณรบกวนที่แข็งแกร่งสำหรับความแม่นยำและความน่าเชื่อถือของข้อมูล

SST เองเป็นแหล่งกำเนิดสัญญาณรบกวนความถี่สูงที่ทรงพลัง เซ็นเซอร์กระแสแบบดั้งเดิม (เช่น Hall-effect sensors) ไวต่อสัญญาณรบกวนเช่นนี้ ทำให้เกิดสัญญาณสูงขึ้นที่อาจทำให้เกิดการควบคุมผิดพลาดหรือข้อมูลการตรวจสอบบิดเบือน เทคโนโลยี Fluxgate บนหลักการของความอิ่มตัวของแกนแม่เหล็ก สามารถกดขี่สัญญาณรบกวนนอกแบนด์ได้โดยธรรมชาติ สามารถแยกสัญญาณกระแสพื้นฐานหรือสัญญาณเฉพาะแบนด์ออกจากสภาพแวดล้อมแม่เหล็กไฟฟ้าที่ซับซ้อน มอบข้อมูลที่น่าเชื่อถือสำหรับระบบตรวจสอบสภาพและระบบจัดการสุขภาพ

นอกจากนี้ การออกแบบบนบอร์ดของเซ็นเซอร์ Fluxgate ทำให้สามารถรวมเข้ากับ PCB ควบคุมได้โดยตรง ลดปริมาณระบบและปรับปรุงการวางตำแหน่ง ซึ่งเหมาะสมกับการไล่ล่าความหนาแน่นพลังงานสูงและการย่อขนาดของ SST