Berapa tegangan maksimum yang bisa ditangani silikon?

Hari ini, dalam perlombaan untuk efisiensi, kami telah beralih dari transformator ke switching pasokan listrik. Hampir semua PSU dirancang untuk operasi tegangan rendah fase tunggal (220Vac / 310Vdc di negara saya). Saya belum pernah melihat 380V 3-phase 3+ kW ATX PSUs untuk PC meskipun efisiensinya dan kebisingan riak yang lebih rendah. Mereka akan sangat berguna untuk tumpukan GPU. Saya pikir itu terutama karena kapasitor elektrolitik tidak dapat bertahan 660Vdc diperbaiki.

Dan mungkin bisa lebih baik untuk memperbaiki saluran tegangan menengah 10kV, karena biasanya datang ke transformator desa. Tapi apa batas perangkat silikon (MOSFET) tegangan dapat bertahan tanpa mogok?

Anda bisa mendapatkan 8 kV pengenal (pada beberapa ribu amp) thyristor untuk digunakan dalam konverter HVDC. Gerbang secara optik digabungkan untuk alasan yang jelas dan juga karena, ketika digunakan bersama-sama pada sambungan HVDC, perbedaan kecepatan mengemudi gerbang antara seri thyristor yang terhubung adalah penting dan optik sedikit lebih jelas memotong kecepatan bijaksana: -

Tumpuk beberapa bersama-sama dalam baki dengan berbagai ekstra yang Anda butuhkan untuk mengontrolnya dengan aman (snubber dll) dan Anda mendapatkan salah satu dari ini: -

Kemudian Anda membangun monumen untuk para dewa Megavolt dengan menumpuk nampan seperti: -

Perhatikan pria kecil di bagian bawah.

Mengenai daya, saya telah membaca bahwa dibutuhkan 40 gram silikon untuk mengontrol daya 20 MW dan banyak dari instalasi ini secara harfiah seribu MW atau lebih.

Dan itu bisa lebih baik untuk memperbaiki saluran tegangan menengah 10kV, karena biasanya datang ke trafo desa.

Ah tetapi Anda tidak mendapatkan isolasi aman yang dapat diandalkan - satu kerusakan dan 10 kV di kabel rumah Anda tidak baik. Selain itu, titik impas pada tautan HVDC versus tautan AC biasa adalah bermil-mil.

Di mana 3 fase 380v ke 12V PSUs?

Nah ada hambatan teknis yang melekat pada sirkuit yang digunakan selama bertahun-tahun di sirkuit penyearah 3 fase "standar": -

Masalahnya adalah bagaimana mereka beralih dan koreksi faktor daya. Di masa lalu yang baik tidak ada yang peduli tetapi hari ini PF dan kebersihan pasokan sangat penting di banyak negara. Dan ini adalah masalah dengan penyearah 3 fase standar - itu tidak dapat dikoreksi PF karena dioda tidak dapat melakukan dari 0 volt hingga 0 volt (sepanjang satu setengah siklus) karena efek pemblokiran dari fase lain dan dioda mereka. Arus berdenyut yang diambil dari suplai 3 fase benar-benar buruk.

Solusinya adalah dengan menggunakan tiga fase tunggal (dan dikoreksi PF) memasok semua daya untuk bus DC umum. Jadi, pasokan switching 3 fase modern sebenarnya adalah tiga pasokan fase tunggal.

Bagaimana para thyristor HVDC melakukannya, Anda mungkin bertanya? Mereka menggunakan filter sebesar rumah kecil untuk memadamkan harmonik yang dihasilkan.

Perhatikan ukuran relatif dari filter harmonik dibandingkan dengan "aula katup" di mana semua "katup" thyristor berada. Segala macam filter yang disetel ganda dan tunggal digunakan hanya untuk menghilangkan harmonik tersebut dan, jika teknik yang sama digunakan pada pasokan switching 3 fase standar yang lebih biasa (yang tidak akan pernah memenuhi undang-undang modern) maka coba tebak; biaya penyaringan lebih dari biaya tambahan persediaan individu dengan koreksi PF bawaan.

Bisakah Anda memberikan tautan ke nama model, atau setidaknya memberi nama seri produk?

Cakram Infineon thyristor yang diberi nilai hingga 8 kV dan 4800 amp .

Tapi apa kunci silikon batas tegangan (MOSFET) dapat bertahan tanpa menerobos?

Hampir tidak ada batasan; jika voltase Anda melebihi voltase breakdown dari suatu komponen, baiklah, masukkan dua seri.

Ada penyearah berbasis silikon semikonduktor untuk transfer daya DC tegangan tinggi. Ini bekerja sekitar 800 kV atau lebih tinggi.

Tetap saja, akan sangat mahal untuk mencoba menggunakan beberapa kV sebagai input ke catu daya yang pada akhirnya menghasilkan tegangan tiga kali lipat lebih kecil. Juga, sangat berbahaya untuk menangani beberapa kV di dalam instalasi rumah, hingga tidak mungkin (isolasi dapat dengan mudah menjadi lebih tebal dari bukaan kabel).

Mereka sebenarnya membangun solid state transformer dengan efisiensi dan kontrol yang lebih besar, ini berjalan pada 7.2kV

Switch pekerja keras dari elektronika daya, transistor bipolar gerbang (IGBT) berbasis silikon lebih cocok. Perangkat ini telah digunakan untuk membangun SST untuk aplikasi kereta api di Eropa. Dan mereka tentu saja lebih cepat. Tetapi perangkat komersial yang paling ketat dapat menahan tegangan hingga hanya sekitar 6,5 kilovolt. Walaupun voltase breakdown ini sangat baik untuk berbagai aplikasi daya, itu tidak cukup untuk menangani listrik yang mengalir melalui trafo distribusi; di Amerika Serikat, tegangan tipikal pada ujung rendah spektrum adalah 7.2 kV.

Mereka menggunakan silikon karbida yang memiliki celah pita lebih besar dan lebih tahan terhadap masalah pemanasan juga:

Untungnya, silikon bukan satu-satunya pilihan. Dalam 10 tahun terakhir, langkah besar telah dibuat dalam pengembangan sakelar berdasarkan semikonduktor majemuk — khususnya silikon karbida. Silikon karbida memiliki berbagai sifat menarik yang berasal dari celah pita yang besar — ​​rintangan energi yang harus diatasi untuk beralih dari isolator ke konduktor. Celah pita silikon karbida adalah 3,26 elektron volt ke 1,1 eV silikon, yang berarti bahan tersebut dapat terpapar dengan medan listrik dan suhu yang jauh lebih tinggi daripada silikon tanpa dapat rusak. Dan karena senyawa semikonduktor ini dapat menahan tegangan yang jauh lebih tinggi, transistor daya yang dibangun darinya dapat dibuat lebih kompak, yang pada gilirannya memungkinkan mereka untuk beralih lebih cepat daripada rekan-rekan mereka yang berbasis silikon.

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

Hibrida Mitsubishi IGBT dengan input FET, keluaran BJT kini dapat beralih Megawatt dan tegangan 15kV yang sangat tinggi dan juga digunakan pada inverter daya pintar dan 600V GTI dalam susunan untuk redundansi ke GTI yang lebih kecil seperti unit 2000S 50kW Huawei.

Di bawah ini adalah IGBT hibrid Mitsubishi yang memiliki banyak paten untuk energi switching yang sangat tinggi dan ESL dan ESR driver internal yang sangat rendah. (induktansi dan perlawanan) Saya percaya mereka bekerja pada generasi ke-8 mereka sekarang.

TI juga memiliki info desain hebat tentang IGBT mereka