Яка максимальна напруга, з якою може впоратися кремній?

Сьогодні, в гонці за ефективністю, ми перейшли від трансформаторів до комутаторів живлення. Практично всі блоки живлення були розроблені для однофазної низьковольтної роботи (220Вac / 310Vdc в моїй країні). Я ніколи не бачив 3-фазних блоків ATX 3+ кВт ATX для ПК, незважаючи на їх ефективність та менший пульсаційний шум. Вони були б дуже корисні для стеків графічних процесорів. Я думаю, що це в основному тому, що електролітичні конденсатори не витримають випрямлений 660В постійного струму.

І може бути ще краще виправити лінію середньої напруги 10 кВ, як це зазвичай стосується сільського трансформатора. Але яка обмеження напруги кремнієві пристрої (MOSFET) можуть вижити, не руйнуючись?

Ви можете отримати тиристори 8 кВ (на кілька тисяч ампер) для використання в перетворювачах HVDC. Ворота оптично з'єднані з очевидних причин, а також тому, що при використанні в тандемі на посиланнях HVDC різниця швидкості руху воріт між тиристорами, підключеними послідовно, є важливою, а оптичний - трохи чіткішим скороченням швидкості скорочення: -

Складіть декілька разом у лоток з різними додатками, необхідними для безпечного керування ними (snubbers тощо), і ви отримаєте одне з них: -

Тоді ви будуєте пам’ятник богам Мегавольта, укладаючи лотки так: -

Помітьте маленького хлопця внизу.

Щодо потужності, я читав, що для управління потужністю 20 МВт потужністю 40 грам кремнію, а багато цих установок - це буквально тисяча МВт і більше.

І може бути ще краще випрямити лінію 10 кВ середньої напруги, як це зазвичай до сільських трансформаторів.

Так, але ви не отримаєте надійну ізоляцію, яка є надійною - одна поломка та 10 кВ в електропроводці вашого будинку - це не добре. Крім того, точка беззбитковості по каналу HVDC порівняно зі звичайною ланкою змінного струму - це багато, багато миль.

Де трифазні живлення від 380 В до 12 В?

Ну є технічний забій, який притаманний ланцюгу, що використовується багато років у "стандартній" 3-фазній випрямній схемі: -

Проблема полягає в тому, як вони перемикаються і корекція коефіцієнта потужності. У старі добрі часи ніхто не піклувався, але в наші дні чистота ПФ та чистота поставок є першорядними у багатьох країнах. І в цьому полягає проблема зі стандартним 3-фазним випрямлячем - його не можна виправити PF, оскільки діоди не можуть провести від 0 до 0 вольт (протягом півтора циклу) через блокуючу дію інших фаз та їх діодів. Імпульсний струм, узятий з трифазного живлення, дуже поганий.

Рішення полягає у використанні трьох однофазних (і з виправленням PF) подає всю енергію, що сприяє загальній шині постійного струму. Отже, сучасна трифазна комутаційна подача - це фактично три однофазні джерела живлення.

Як тиристори HVDC роблять це ви можете запитати? Вони використовують фільтри великі, як маленькі будиночки, для гасіння створених гармонік.

Зауважте відносний розмір гармонічних фільтрів порівняно з "клапанним залом", де є всі тиристорні "клапани". Всі способи подвійних та однонаправлених фільтрів використовуються просто для видалення цих гармонік, і якщо та сама техніка застосовувалася і на звичайних стандартних 3-фазних комутаційних пристроях (тих, які ніколи не відповідають сучасному законодавству), тоді вгадайте, що; вартість фільтрації перевищує додаткову вартість окремих поставок із вбудованою корекцією ПФ.

Чи можете ви надати посилання на назву моделі або хоча б назвати серію продуктів?

Тиристорні диски Infineon напругою до 8 кВ і 4800 ампер .

Але що таке обмеження напруги кремнієві клавіші (мосфети) можуть вижити, не пробиваючись?

Тут практично немає меж; якщо ваша напруга перевищує пробійну напругу компонента, добре, поставте два послідовно.

Існують напівпровідникові випрямлячі на основі кремнію для передачі напруги постійного струму високої напруги. Вони працюють близько 800 кВ або вище.

Тим не менш, було б нерозумно дорого намагатися використовувати кілька кВ як вхід до джерела живлення, який врешті-решт генерує напругу на три порядки менше. Крім того, керувати декількома кВ в домашніх установах надзвичайно небезпечно, тому що неможливо (ізоляція може бути товщі, ніж отвори кабелю).

Вони фактично будують твердотільні трансформатори з більшою ефективністю та керуванням, вони працюють на 7,2 кВ

Компонент силової електроніки, силіконовий біполярний транзистор на основі кремнію (IGBT), краще підходить. Ці пристрої використовувались для побудови SST для залізничних застосувань у Європі. І вони, безумовно, швидші. Але найжорсткіші комерційні пристрої можуть витримати напругу до приблизно 6,5 кіловольт. Незважаючи на те, що ця напруга пробою є ідеальною для ряду застосувань для живлення, недостатньо обробляти електроенергію, яка проходить через розподільні трансформатори; у Сполучених Штатах типова напруга на нижньому кінці спектру становить 7,2 кВ.

Вони використовують карбід кремнію, який має більшу пропускну здатність і більш стійкий до проблем з нагріванням:

На щастя, кремній - не єдиний варіант. В останні 10 років було досягнуто великих успіхів у розробці вимикачів на основі складних напівпровідників - зокрема карбіду кремнію. Карбід кремнію має цілий ряд привабливих властивостей, що випливають з його великої смуги - енергетичного перешкоди, яке необхідно подолати для переходу від ізолятора до провідника. Діапазон дії карбіду кремнію становить 3,26 вольт електронів до рівня 1,1 еВ кремнію, що означає, що матеріал може бути підданий значно більшим електричним полям і температурам, ніж кремній, не руйнуючись. А оскільки цей складний напівпровідник може витримувати набагато більші напруги, силові транзистори, побудовані з нього, можуть бути зроблені більш компактними, що, в свою чергу, дозволяє їм перемикатися набагато швидше, ніж їх аналоги на основі кремнію.

Джерела: https://spectrum.ieee.org/energy/renewables/smart-transformers-will-make-the-grid-cleaner-and-more-f гибкий

Гібриди Mitsubishi IGBT з виходами BJT на вході FET тепер можуть перемикати мегаватт і дуже високу напругу 15 кВ, а також використовуються в інтелектуальних інверторах потужності та 600 В GTI в масивах для надмірності до менших GTI, таких як Huawei 2000S потужністю 50 кВт.

Нижче представлений гібридний IGBT Mitsubishi, який має багато патентів на надзвичайно високу енергію комутації та надзвичайно низький внутрішній драйвер ESL та ESR. (індуктивність та опір) Я вважаю, що зараз працюють над своїм 8-м поколінням.

TI також має чудову інформацію про дизайн своїх IGBT