Berapa tegangan maksimum yang bisa ditangani silikon?

10

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?

— psmears
sumber

13

Apakah Anda pikir ada banyak pasar untuk catu daya 380V, 3 fase, 3kW ATX? Mungkinkah tidak ada yang membangun persediaan ini karena tidak ada cukup pembeli, bukan karena keterbatasan teknis mendasar?

— Elliot Alderson

9

Saya berasumsi bahwa tidak banyak orang memiliki outlet 3-fase yang tersedia di rumah mereka. Mereka yang melakukannya, mungkin juga membeli peralatan khusus yang mungkin tidak datang dengan faktor bentuk ATX.

— ilkkachu

5

@ xakepp35 Memerlukan output arus tinggi pada rel tertentu tidak berarti Anda memerlukan PSU tiga fase. Anda dapat dengan mudah mendapatkan PSU fase tunggal 1.200W dan bahkan 1500W yang lebih baik daripada 95% efisien dalam amplop beban 80-90% standar, yang lebih dari cukup untuk perangkat yang benar-benar menggunakan PSU form factor PSU.

— Austin Hemmelgarn

3

Pasokan tiga fase untuk perangkat dengan daya rendah seperti 3kW tampaknya sama sekali tidak ada gunanya. Soket dinding standar di rumah-rumah Inggris sudah dapat memasok masing-masing 3kW (240V 13A fase tunggal) dan ada 6 soket di ruangan tempat saya mengetik komentar ini! Saya berasumsi bahwa kode listrik domestik standar negara lain serupa.

— alephzero

2

Di Inggris kami biasanya memiliki soket pada sirkuit 32A 240V, jadi kami jarang perlu khawatir untuk meletakkan terlalu banyak pada satu sirkuit. Negara-negara lain cenderung memiliki sirkuit soket dengan peringkat lebih rendah.

— Peter Green

32

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 .

— Andy alias
sumber

Saya tidak tahu apa yang Anda maksud dengan digabungkan secara optis (atau alasan yang jelas apa yang berlaku), jadi saya membaca di Wikipedia, yang menjelaskan situasinya dengan cukup baik. Namun, saya perhatikan bahwa artikel Wikipedia, meskipun ia mencatat penggunaan dan keuntungan dari kopling optik, menunjukkan bahwa itu masih tidak umum dan kopling listrik masih lebih normal. Apakah artikel itu kedaluwarsa? Atau mungkin versi 8 kV adalah yang mendapatkan kopling optik?

— KRyan

@ KRyan pasti, LED optik ditambah adalah cadangan dari jenis nilai tegangan tinggi yang saya sebutkan dalam jawaban saya.

— Andy alias

Ah, saya berbicara dengan tidak jelas: Wikipedia berbicara tentang "HVDC" —apakah 8 kV sangat tinggi bahkan dalam kategori itu?

— KRyan

1

Saya bisa menjawab salah satunya. Kami berhenti menggunakan thyristor berpasangan optik pada tahun 80-an.

— winny

1

@Barleyman Tidak, itu tidak akan berhasil - pikirkan atau tarik untuk melihat masalahnya. Paling tidak, fase paling aktif (yang memuncak paling positif) akan membalikkan bias dari dua fase lainnya yang berarti tidak ada arus dari mereka untuk periode siklus yang signifikan dan ini berarti bahwa koreksi PF tidak dapat kerja.

— Andy alias

8

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).

— Marcus Müller
sumber

Hmm, saya terutama tertarik pada persediaan CPU \ GPU, tampaknya mereka membutuhkan sekitar 1 volt dan sangat banyak ampli (semakin banyak yang Anda miliki = lebih banyak chip yang dapat Anda perkuat). Jadi, apakah ada beberapa perangkat .., yang dapat mengkonversi 10kV 1amp ke 1v 10kAmp?

1

Apa yang Anda masukkan antara input 10kV dan 10000 GPU Anda? Trafo 10k-> 380? Atau apakah ada PSU 10 kilovolt yang kuat?

10KV akan diundurkan kemungkinan 2 kali atau lebih untuk mencapai 400V atau lebih, yang kemudian dapat diperbaiki ke DC dan mengganti catu daya membawanya turun lebih lanjut sesuai kebutuhan.

— CrossRoads

6

Catu daya 1v 10kA lebih seperti tukang las besar daripada apa pun yang masuk akal untuk dimiliki di dalam komputer. Mengingat kerugian resistif tampaknya masuk akal untuk mendistribusikan daya pada 240V dan downconvert sedekat mungkin dengan titik penggunaan.

— pjc50

2

@ xakepp35, persediaan PC terbesar yang pernah saya lihat dari pembuat yang cukup bereputasi baik adalah 2KW (ex FSP ). Saya telah melihat unit tanpa nama yang sedikit lebih tinggi dari Tiongkok tetapi tidak ingin berada di gedung mana pun di mana seseorang diberi energi. Mungkin> 90% dari output mereka pada akhirnya dikirimkan sekitar 1V, tetapi dalam beberapa inci PCB dari chip yang dikonsumsi untuk alasan yang jelas. Saya tidak akan terkejut jika beberapa blade enclosure / rack PDU yang besar dapat mencapai 10kW, meskipun saya pikir mereka biasanya menggunakan tegangan DC menengah yang lebih tinggi daripada 12V ATX.

— Dan Is Fiddling By Firelight

2

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

— Lonjakan tegangan
sumber

Saya merasa sulit untuk percaya (7 kV). Bukankah mereka menumpuk perangkat dengan masing-masing persimpangan diberi nilai 1200 V?

— Peter Mortensen

AFAIK kereta berkecepatan tinggi Eropa beroperasi pada 25kV.

— MSalters

25 kV adalah tegangan suplai; itu ditransformasikan di kereta menjadi sekitar 1500V.

— Michael Harvey

@PeterMortensen Saya percaya artikel sumber mencoba untuk mengatasi titik itu (antara dua paragraf yang dikutip di sini). Saya tidak memenuhi syarat untuk menilai validitasnya.

— Dan Is Fiddling By Firelight

2

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

— Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
sumber

4

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

3

apakah Anda pikir Anda dapat meneliti sendiri

— Tony Stewart Sunnyskyguy EE75

(-1 untuk komentar "hanya google it" yang

— menjengkelkan

@ dn3s Saya biasanya berusaha lebih keras daripada pertanyaannya, ini bukan snarky, ini melatih peserta didik bagaimana menjadi kurang bergantung google.com/...

— Tony Stewart Sunnyskyguy EE75

itu bukan jenis pelatihan yang dirancang untuk disediakan oleh situs web ini. Tujuan stackexchange adalah menjadi referensi, bukan forum.

— Ngomong