Điện áp tối đa mà silicon có thể xử lý là gì?

Ngày nay, trong một cuộc đua về hiệu quả, chúng tôi đã chuyển từ máy biến áp sang chuyển đổi nguồn điện. Hầu như tất cả các PSU được thiết kế cho hoạt động điện áp thấp một pha (220v / 310Vdc ở nước tôi). Tôi chưa bao giờ thấy các PSU ATX 380V 3 pha 3+ cho máy tính mặc dù hiệu quả của chúng và tiếng ồn gợn thấp hơn. Chúng sẽ rất hữu ích cho các ngăn xếp GPU. Tôi nghĩ rằng đó là chủ yếu bởi vì các tụ điện điện phân không thể tồn tại 660Vdc được chỉnh lưu.

Và nó có thể tốt hơn nữa để khắc phục một đường dây trung thế 10kV, vì nó thường đến với máy biến áp làng. Nhưng các thiết bị silicon giới hạn điện áp (MOSFET) có thể tồn tại mà không bị hỏng là gì?

Bạn có thể nhận được các thyristor được xếp hạng 8 kV (ở mức vài nghìn ampe) để sử dụng trong các bộ chuyển đổi HVDC. Cổng được ghép nối về mặt quang học vì những lý do rõ ràng và cũng bởi vì, khi được sử dụng song song trên các liên kết HVDC, sự khác biệt về tốc độ lái xe giữa các thyristor được kết nối là rất quan trọng và quang học rõ ràng hơn một chút về tốc độ:

Xếp một vài cái lại với nhau trong một khay với các tính năng bổ sung khác nhau mà bạn cần để kiểm soát chúng một cách an toàn (snubbers, v.v.) và bạn có được một trong những điều sau: -

Sau đó, bạn xây dựng một tượng đài cho các vị thần của Megavolt bằng cách xếp các khay như vậy: -

Chú ý anh chàng nhỏ ở phía dưới.

Về năng lượng tôi đã đọc rằng phải mất 40 gram silicon để kiểm soát 20 MW năng lượng và rất nhiều trong số các cài đặt này thực sự là một ngàn MW trở lên.

Và nó có thể tốt hơn nữa để khắc phục đường dây trung thế 10kV, vì nó thường đến máy biến áp làng.

À nhưng bạn không có được sự cách ly an toàn đáng tin cậy - một sự cố và 10 kV trong hệ thống dây điện trong nhà của bạn là không tốt. Thêm vào đó, điểm hòa vốn thậm chí trên một liên kết HVDC so với một liên kết AC thông thường là nhiều, nhiều dặm.

Trường hợp PSU 3 pha 380v đến 12V?

Vâng, có một nhược điểm kỹ thuật vốn có của mạch được sử dụng trong nhiều năm trong mạch chỉnh lưu 3 pha "tiêu chuẩn": -

Vấn đề là làm thế nào họ chuyển đổi và điều chỉnh hệ số công suất. Ngày xưa không ai quan tâm nhưng ngày nay PF và cung cấp sạch sẽ là điều tối quan trọng ở nhiều nước. Và đây là vấn đề với bộ chỉnh lưu 3 pha tiêu chuẩn - không thể sửa lỗi PF vì điốt không thể dẫn từ 0 volt đến 0 volt (trong suốt một nửa chu kỳ) do hiệu ứng chặn của các pha khác và điốt của chúng. Dòng xung lấy từ nguồn cung cấp 3 pha thực sự rất tệ.

Giải pháp là sử dụng ba pha một (và PF được hiệu chỉnh) cung cấp tất cả năng lượng đóng góp cho một bus DC chung. Vì vậy, nguồn cung cấp chuyển mạch 3 pha hiện đại trên thực tế là ba nguồn cung cấp một pha.

Làm thế nào để các thyristor HVDC làm điều đó bạn có thể yêu cầu? Họ sử dụng các bộ lọc lớn như những ngôi nhà nhỏ để làm dịu các sóng hài được tạo ra.

Lưu ý kích thước tương đối của các bộ lọc điều hòa so với "hội trường van" nơi có tất cả các "van" của thyristor. Tất cả các cách của bộ lọc điều chỉnh kép và đơn được sử dụng chỉ để loại bỏ các sóng hài đó và, nếu sử dụng cùng một kỹ thuật trên các nguồn cung cấp chuyển mạch 3 pha tiêu chuẩn thông thường hơn (những bộ lọc sẽ không bao giờ đáp ứng luật pháp hiện đại) thì hãy đoán xem; chi phí của bộ lọc lớn hơn chi phí gia tăng của các vật tư riêng lẻ có hiệu chỉnh PF được tích hợp sẵn.

Bạn có thể cung cấp một liên kết đến tên mô hình, hoặc ít nhất là đặt tên cho loạt sản phẩm?

Infineon thyristor đĩa đánh giá lên đến 8 kV và 4800 amps .

Nhưng khóa silicon giới hạn điện áp (mosfet) có thể tồn tại mà không đột phá là gì?

Hầu như không có giới hạn; Nếu điện áp của bạn vượt quá điện áp sự cố của một thành phần, tốt, hãy đặt hai trong chuỗi.

Có bộ chỉnh lưu dựa trên chất bán dẫn silicon để truyền tải điện DC cao áp. Những công việc này khoảng 800 kV trở lên.

Tuy nhiên, sẽ rất tốn kém khi cố gắng sử dụng nhiều kV làm đầu vào cho nguồn cung cấp mà cuối cùng tạo ra điện áp nhỏ hơn ba bậc. Ngoài ra, cực kỳ nguy hiểm khi xử lý nhiều kV trong khi lắp đặt tại nhà, đến mức không thể (cách ly có thể dễ dàng dày hơn so với mở cáp).

Họ đang thực sự chế tạo máy biến áp trạng thái rắn với hiệu suất và khả năng điều khiển cao hơn, những máy này chạy ở mức 7.2kV

Công tắc đặc biệt của điện tử công suất, bóng bán dẫn lưỡng cực cổng cách điện dựa trên silicon (IGBT) là phù hợp hơn. Những thiết bị này đã được sử dụng để xây dựng các SST cho các ứng dụng đường sắt ở châu Âu. Và họ chắc chắn là nhanh hơn. Nhưng các thiết bị thương mại khắt khe nhất có thể chịu được điện áp lên tới chỉ khoảng 6,5 kilovolt. Mặc dù điện áp sự cố này hoàn toàn tốt cho một loạt các ứng dụng điện, nhưng nó không đủ để xử lý dòng điện chạy qua các máy biến áp phân phối; ở Hoa Kỳ, một điện áp điển hình ở đầu thấp của phổ là 7,2 kV.

Họ đang sử dụng silicon carbide có băng thông lớn hơn và cũng chịu được các vấn đề nóng hơn:

May mắn thay, silicon không phải là lựa chọn duy nhất. Trong 10 năm qua, những bước tiến lớn đã được thực hiện trong việc phát triển các thiết bị chuyển mạch dựa trên chất bán dẫn hợp chất nói chung là silicon carbide. Cacbua silic có một loạt các tính chất hấp dẫn xuất phát từ băng tần lớn của nó, rào cản năng lượng phải vượt qua để chuyển từ chất cách điện sang chất dẫn. Bandgap của silicon carbide là 3,26 volt điện áp đến 1,1 eV của silicon, có nghĩa là vật liệu này có thể tiếp xúc với điện trường và nhiệt độ cao hơn đáng kể so với silicon mà không bị phá vỡ. Và bởi vì chất bán dẫn ghép này có thể chịu được điện áp cao hơn nhiều, các bóng bán dẫn điện được chế tạo từ nó có thể được chế tạo nhỏ gọn hơn, do đó cho phép chúng chuyển đổi nhanh hơn nhiều so với các đối tác dựa trên silicon của chúng.

Nguồn: https://spectrum.ieee.org/energy/renewables/smart-transformers-will-make-the-grid-cleaner-and-more-flexible

Các dòng hybrid IGBT của Mitsubishi với đầu ra BJT đầu vào FET giờ đây có thể chuyển đổi Megawatt và 15kV điện áp rất cao và cũng được sử dụng trong các bộ biến tần điện thông minh và 600V GTI trong các mảng để dự phòng cho các GTI nhỏ hơn của 2000 như các đơn vị 2000S 50kW của Huawei.

Dưới đây là một chiếc IGBT lai của Mitsubishi, có nhiều bằng sáng chế cho năng lượng chuyển đổi đặc biệt cao và trình điều khiển nội bộ cực kỳ thấp và ESR. (điện cảm và điện trở) Tôi tin rằng họ đang làm việc trên thế hệ thứ 8 của họ bây giờ.

TI cũng có thông tin thiết kế tuyệt vời trên IGBT của họ