แรงดันไฟฟ้าสูงสุดที่ซิลิคอนสามารถรองรับคือเท่าใด?

10

วันนี้ในการแข่งขันเพื่อประสิทธิภาพเราได้ย้ายจากหม้อแปลงเพื่อเปลี่ยนแหล่งจ่ายไฟ PSU เกือบทั้งหมดได้รับการออกแบบมาสำหรับการดำเนินงานแรงดันไฟฟ้าต่ำเฟสเดียว (220Vac / 310Vdc ในประเทศของฉัน) ฉันไม่เคยเห็น ATX PSUs 380V 3 เฟส 3+ kW สำหรับพีซีทั้งๆที่ประสิทธิภาพและเสียงรบกวนระลอกคลื่นต่ำลง พวกมันจะมีประโยชน์มากสำหรับกอง GPU ฉันคิดว่าส่วนใหญ่เป็นเพราะตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าไม่สามารถอยู่รอดได้ถึง 660Vdc

และมันอาจจะดีกว่าที่จะแก้ไขสายแรงดันไฟฟ้าขนาดกลาง 10kV เนื่องจากมันมักจะมาที่หม้อแปลงหมู่บ้าน แต่อุปกรณ์ซิลิคอน จำกัด แรงดันไฟฟ้า (MOSFETs) สามารถอยู่รอดได้โดยไม่ทำลายลงคืออะไร?

— psmears
แหล่งที่มา

13

คุณคิดว่ามีแหล่งจ่ายพลังงานสำหรับ 380V, 3 เฟส, 3kW ATX เป็นจำนวนมากหรือไม่? เป็นไปได้ไหมที่ไม่มีใครสร้างวัสดุเหล่านี้เพราะมีผู้ซื้อไม่เพียงพอแทนที่จะเป็นเพราะข้อ จำกัด ทางเทคนิคขั้นพื้นฐาน?

— Elliot Alderson

9

ฉันจะสมมติว่ามีคนไม่มากที่มีเต้ารับ 3 เฟสในบ้านของพวกเขา ผู้ที่ทำเช่นนั้นอาจซื้ออุปกรณ์พิเศษที่อาจไม่ได้มาในรูปแบบ ATX

— ilkkachu

5

@ xakepp35 การขอเอาต์พุตปัจจุบันสูงบนรางเฉพาะไม่ได้หมายความว่าคุณต้องการ PSU สามเฟส คุณสามารถรับ 1200W และ 1500W เฟสเดียวของ PSU ที่มีประสิทธิภาพมากกว่า 95% ในซองบรรจุมาตรฐาน 80-90% ซึ่งเพียงพอสำหรับอุปกรณ์ที่ใช้รูปแบบ ATX PSU จริง

— Austin Hemmelgarn

3

แหล่งจ่ายสามเฟสสำหรับอุปกรณ์ที่ใช้พลังงานต่ำเนื่องจาก 3kW ดูเหมือนไม่มีจุดหมายอย่างสมบูรณ์ เต้ารับมาตรฐานในบ้านในสหราชอาณาจักรสามารถจ่ายได้ 3kW ต่อครั้ง (240V 13A เฟสเดียว) และมีซ็อกเก็ตเหล่านั้น 6 อันในห้องที่ฉันพิมพ์ความคิดเห็นนี้! ฉันคิดว่ารหัสไฟฟ้ามาตรฐานภายในประเทศของประเทศอื่นนั้นคล้ายคลึงกัน

— alephzero

2

ในสหราชอาณาจักรโดยทั่วไปเรามีซ็อกเก็ตของเราในวงจร 32A 240V ดังนั้นเราจึงไม่ค่อยต้องกังวลกับการใส่มากเกินไปในวงจรเดียว ประเทศอื่น ๆ มีแนวโน้มที่จะมีวงจรซ็อกเก็ตที่ต่ำกว่า

— ปีเตอร์กรีน

32

คุณสามารถรับไทริสเตอร์ 8 kV (ที่หลายพันแอมป์) เพื่อใช้ในตัวแปลง HVDC เหตุผลที่ชัดเจนและเนื่องจากเมื่อใช้ควบคู่กับการเชื่อมโยง HVDC นั้นความเร็วในการขับเกตต่างกันระหว่างซีรีย์ที่เชื่อมต่อไทริสเตอร์นั้นมีความสำคัญและออปติคัลค่อนข้างชัดเจนกว่า: -

เรียงซ้อนกันในถาดด้วยอุปกรณ์พิเศษต่าง ๆ ที่คุณต้องการควบคุมอย่างปลอดภัย (สนุ๊กเกอร์ ฯลฯ ) และคุณจะได้รับอย่างใดอย่างหนึ่ง: -

จากนั้นคุณสร้างอนุสาวรีย์ให้กับเทพเจ้าแห่ง Megavolt โดยการวางถาดอย่างเช่น: -

สังเกตุหนุ่มน้อยที่อยู่ด้านล่าง

เกี่ยวกับพลังงานฉันได้อ่านว่าต้องใช้ซิลิคอน 40 กรัมในการควบคุมพลังงาน 20 เมกะวัตต์และการติดตั้งเหล่านี้จำนวนมากมีความยาวหนึ่งพันเมกะวัตต์ขึ้นไป

และมันอาจจะดีกว่าที่จะแก้ไขแรงดันไฟฟ้าขนาดกลาง 10kV เนื่องจากมันมักจะมาที่หม้อแปลงหมู่บ้าน

อา แต่คุณไม่ได้รับการแยกที่ปลอดภัยที่เชื่อถือได้ - การพังทลายหนึ่งครั้งและ 10 kV ในสายไฟภายในบ้านของคุณไม่ดี นอกจากนี้จุดคุ้มทุนบนลิงก์ HVDC เมื่อเทียบกับลิงก์ AC ปกติคือหลายไมล์หลายไมล์

3-phase 380v ถึง 12V PSUs อยู่ที่ไหน

มีอุปสรรค์ทางเทคนิคที่มีอยู่ในวงจรที่ใช้มานานหลายปีในวงจรเรียงกระแส 3 เฟส "มาตรฐาน": -

ปัญหาคือวิธีที่พวกเขาเปลี่ยนและแก้ไขตัวประกอบกำลัง ในสมัยก่อนไม่มีใครดูแล แต่วันนี้ PF และการจัดหาความสะอาดเป็นสิ่งสำคัญยิ่งในหลายประเทศ และนี่คือปัญหาของวงจรเรียงกระแสแบบ 3 เฟสมาตรฐาน - ไม่สามารถแก้ไข PF ได้เนื่องจากไดโอดไม่สามารถดำเนินการจาก 0 โวลต์ถึง 0 โวลต์ (ตลอดครึ่งวงจร) เนื่องจากผลการปิดกั้นของเฟสอื่น ๆ และไดโอด กระแสไฟฟ้าที่เต้นจากแหล่งจ่ายไฟ 3 เฟสนั้นแย่มาก

วิธีการแก้ปัญหาคือการใช้สามเฟส (และการแก้ไข PF) จ่ายพลังงานทั้งหมดให้กับบัส DC ทั่วไป ดังนั้นการสลับแหล่งจ่ายไฟแบบ 3 เฟสที่ทันสมัยจึงเป็นอุปกรณ์สามเฟสที่แท้จริง

คุณอาจถาม thyristors HVDC อย่างไร พวกเขาใช้ตัวกรองที่ใหญ่เท่าบ้านหลังเล็ก ๆ เพื่อดับเสียงประสานที่สร้างขึ้น

สังเกตุขนาดสัมพัทธ์ของฟิลเตอร์ฮาร์มอนิกเมื่อเทียบกับ "ห้องโถงวาล์ว" ซึ่งเป็น "วาล์ว" ของไทริสเตอร์ทั้งหมด ลักษณะทั้งหมดของตัวกรองแบบปรับคู่และแบบเดี่ยวจะใช้เพียงเพื่อลบเสียงประสานเหล่านั้นและหากใช้เทคนิคเดียวกันนี้กับอุปกรณ์สวิตช์แบบ 3 เฟสมาตรฐานทั่วไปมากกว่า ค่าใช้จ่ายในการกรองเป็นมากกว่าค่าใช้จ่ายเพิ่มเติมของวัสดุสิ้นเปลืองแต่ละตัวที่มีการแก้ไข PF ในตัว

คุณสามารถให้ลิงค์ไปยังชื่อรุ่นหรืออย่างน้อยก็ชื่อชุดผลิตภัณฑ์หรือไม่

แผ่น Infineon ทรานซิสเตอร์จัดอันดับที่สูงถึง 8 กิโลโวลต์และแอมป์

— แอนดี้อาคา
แหล่งที่มา

ฉันไม่รู้ว่าคุณหมายถึงอะไรโดยการใช้คู่อย่างมีเหตุผล (หรือมีเหตุผลอะไรที่ชัดเจน) ดังนั้นฉันก็อ่านวิกิพีเดียซึ่งอธิบายสถานการณ์ได้ดีพอ อย่างไรก็ตามฉันทราบว่าบทความของ Wikipedia ถึงแม้ว่ามันจะสังเกตการใช้งานและข้อดีของการมีเพศสัมพันธ์ด้วยแสงแสดงให้เห็นว่ามันยังคงไม่ธรรมดาและการมีเพศสัมพันธ์ทางไฟฟ้ายังคงเป็นบรรทัดฐานมากกว่า บทความนั้นล้าสมัยหรือไม่ หรือบางทีรุ่น 8 kV อาจเป็นรุ่นที่ได้รับข้อต่อออพติคอล?

— KRyan

@Kyan แน่นอนไฟ LED ที่เชื่อมต่อแบบออพติคัลเป็นตัวสำรองของประเภทแรงดันไฟฟ้าสูงที่ฉันพูดถึงในคำตอบของฉัน

— Andy aka

อ่าฉันพูดไม่ชัดเจน: วิกิพีเดียกำลังพูดถึง“ HVDC” - สูงถึง 8 kV แม้ในหมวดนั้น

— KRyan

1

ฉันสามารถตอบหนึ่งในนั้น เราหยุดใช้ไทริสเตอร์แบบออพติคัลในช่วงทศวรรษ 80

— winny

1

@Barleyman ไม่ว่าจะใช้งานไม่ได้ลองคิดดูหรือวาดมันเพื่อดูปัญหา อย่างน้อยที่สุดเฟสที่แอคทีฟมากที่สุด (เฟสที่มีจุดบวกมากที่สุด) จะกลับอคติสะพานของอีกสองเฟสซึ่งหมายความว่าจะไม่มีกระแสจากพวกมันในช่วงระยะเวลาที่สำคัญและนั่นหมายความว่าการแก้ไข PF ไม่สามารถ งาน.

— แอนดี้อาคา

8

แต่กุญแจซิลิกอน จำกัด แรงดันไฟฟ้า (mosfets) สามารถอยู่รอดได้โดยไม่ผ่านอะไร

แทบไม่มีขีด จำกัด หากแรงดันไฟฟ้าของคุณเกินแรงดันพังทลายของส่วนประกอบให้ใส่สองชุด

มีวงจรเรียงกระแสซิลิคอนตามเซมิคอนดักเตอร์สำหรับการถ่ายโอนพลังงาน DC แรงดันสูง ใช้งานได้ประมาณ 800 kV หรือสูงกว่า

ถึงกระนั้นมันก็มีราคาแพงอย่างน่างงงวยที่จะลองใช้หลาย ๆ kV เป็นอินพุตไปยังแหล่งจ่ายไฟที่ในตอนท้ายจะสร้างแรงดันไฟฟ้าสามระดับให้เล็กลง นอกจากนี้ยังเป็นอันตรายอย่างไม่น่าเชื่อที่จะจัดการ kV หลายตัวในการติดตั้งที่บ้านเพื่อเป็นไปไม่ได้ธรรมดา (การแยกสามารถรับหนากว่าช่องเปิดสายเคเบิล) ได้อย่างง่ายดาย

— Marcus Müller
แหล่งที่มา

อืมฉันสนใจในอุปกรณ์ CPU \ GPU เป็นหลักดูเหมือนว่าพวกเขาต้องการที่ประมาณ 1 โวลต์และแอมป์จำนวนมากอย่างไม่ จำกัด มีอุปกรณ์บางอย่าง .. ที่สามารถแปลง 10kV 1amp เป็น 1v 10kAmp ได้ไหม

1

คุณจะใส่อะไรระหว่างอินพุต 10kV และ GPU 10,000 ตัวของคุณ? หม้อแปลงไฟฟ้า 10k-> 380? หรือ PSU ที่ทรงพลัง 10 กิโลโวลต์มีอยู่จริงหรือไม่?

10KV จะถูกลดระดับลงอย่างน้อย 2 ครั้งเพื่อให้ได้ถึง 400V หรือมากกว่านั้นซึ่งจะสามารถแก้ไขให้เป็น DC และแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งจะลดลงตามที่ต้องการ

— CrossRoads

6

แหล่งจ่ายไฟ 1v 10kA เป็นเหมือนเครื่องเชื่อมขนาดใหญ่มากกว่าที่จะมีอยู่ในคอมพิวเตอร์ เมื่อพิจารณาจากการสูญเสียความต้านทานดูเหมือนว่าเหมาะสมที่จะจ่ายพลังงานที่ 240V และ downconvert ใกล้เคียงกับจุดใช้งานมากที่สุด

— pjc50

2

@ xakepp35 อุปกรณ์พีซีที่ใหญ่ที่สุดที่ฉันเคยเห็นจากผู้ผลิตที่มีชื่อเสียงอย่างสมเหตุสมผลคือ 2KW (เช่นFSP ) ฉันเห็นหน่วยไม่มีชื่อจากจีนสูงขึ้นเล็กน้อย แต่ไม่ต้องการอยู่ในอาคารใด ๆ ที่มีพลังงาน อาจเป็นไปได้> 90% ของการส่งออกของพวกเขาในที่สุดส่งประมาณ 1V แต่ภายในไม่กี่นิ้ว PCB ของชิปบริโภคด้วยเหตุผลที่ชัดเจน ฉันจะไม่แปลกใจถ้ามีดขนาดใหญ่บางส่วนของตู้ใบมีด / ชั้นวาง PDUs สามารถเข้าถึง 10kW แม้ว่าฉันคิดว่าปกติแล้วพวกเขาจะใช้แรงดันไฟฟ้ากระแสตรงกลางที่สูงกว่า 12V ของ ATX

— Dan Is Fiddling โดย Firelight

2

พวกเขากำลังสร้างโซลิดสเตทหม้อแปลงด้วยประสิทธิภาพและการควบคุมที่มากขึ้นโดยทำงานที่ 7.2kV

สวิตช์แบบอิเล็กทรอนิกส์ของพาวเวอร์อิเล็กทรอนิคส์ทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ที่หุ้มฉนวนซิลิคอน (IGBT) นั้นเหมาะสมดีกว่า อุปกรณ์เหล่านี้ถูกใช้เพื่อสร้าง SST สำหรับการใช้งานรถไฟในยุโรป และพวกเขาก็เร็วขึ้นอย่างแน่นอน แต่อุปกรณ์เชิงพาณิชย์ที่เข้มงวดที่สุดสามารถทนต่อแรงดันไฟฟ้าได้สูงถึงประมาณ 6.5 กิโลโวลต์เท่านั้น แม้ว่าแรงดันพังทลายจะดีมากสำหรับการใช้งานด้านพลังงาน แต่ก็ไม่เพียงพอที่จะรองรับกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านหม้อแปลงไฟฟ้าระบบจำหน่าย ในสหรัฐอเมริกาแรงดันไฟฟ้าทั่วไปที่ต่ำสุดของสเปกตรัมคือ 7.2 kV

พวกเขาใช้ซิลิกอนคาร์ไบด์ซึ่งมี bandgap ที่ใหญ่กว่าและมีความทนทานต่อปัญหาความร้อนเช่นกัน:

โชคดีที่ซิลิคอนไม่ใช่ตัวเลือกเดียว ในช่วง 10 ปีที่ผ่านมามีความก้าวหน้าอย่างมากในการพัฒนาสวิตช์บนพื้นฐานของสารกึ่งตัวนำสารประกอบ - โดยเฉพาะซิลิคอนคาร์ไบด์ ซิลิกอนคาร์ไบด์มีคุณสมบัติที่น่าสนใจหลายอย่างที่เกิดขึ้นจาก bandgap ขนาดใหญ่ - อุปสรรค์พลังงานที่จะต้องเอาชนะเพื่อเปลี่ยนจากฉนวนเป็นตัวนำ แบนด์วิดท์ของซิลิคอนคาร์ไบด์คือ 3.26 อิเล็กตรอนโวลต์ต่อซิลิคอน 1.1 eV ซึ่งหมายความว่าวัสดุนั้นสามารถสัมผัสกับสนามไฟฟ้าและอุณหภูมิที่สูงกว่าซิลิคอนได้อย่างมากโดยที่ไม่แตกสลาย และเนื่องจากสารกึ่งตัวนำผสมนี้สามารถทนต่อแรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้นได้มากทรานซิสเตอร์พลังงานที่สร้างขึ้นจากมันจึงมีขนาดกะทัดรัดมากขึ้นซึ่งทำให้พวกมันสามารถสลับได้เร็วกว่าคู่ซิลิคอนที่ใช้

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

— แรงดันไฟฟ้า
แหล่งที่มา

ฉันพบว่ามันยากที่จะเชื่อ (7 kV) พวกเขาไม่ได้ซ้อนอุปกรณ์ที่มีจุดแยกแต่ละจุดที่ 1200 V หรือไม่

— Peter Mortensen

AFAIK รถไฟความเร็วสูงของยุโรปวิ่งที่ 25kV

— MSalters

25 kV เป็นแรงดันไฟฟ้า มันถูกเปลี่ยนบนรถไฟเป็นประมาณ 1500V

— Michael Harvey

@PeterMortensen ฉันเชื่อว่าบทความที่มาพยายามที่จะอยู่ที่จุดนั้น (ระหว่างสองปรสิตที่ยกมาที่นี่) ฉันไม่มีคุณสมบัติที่จะตัดสินความถูกต้องของมัน

— Dan Is Fiddling โดย Firelight

2

มิตซูบิชิ IGBT ลูกผสมที่มี FET อินพุตเอาต์พุต BJT สามารถสลับเมกะวัตต์และแรงดันไฟฟ้าสูงมาก15kVและยังใช้ในอินเวอร์เตอร์พลังงานอัจฉริยะและ 600V GTI's ในอาร์เรย์สำหรับการสำรองของ GTI ขนาดเล็กเช่นหัวเว่ย 2000S 50kW

ด้านล่างเป็นมิตซูบิชิไฮบริด IGBT ซึ่งมีสิทธิบัตรมากมายสำหรับพลังงานสวิตชิ่งที่สูงเป็นพิเศษและ ESL และ ESR ภายในที่ต่ำมาก (การเหนี่ยวนำและการต่อต้าน) ฉันเชื่อว่าพวกเขาทำงานในรุ่นที่ 8 ของพวกเขาในขณะนี้

TI ยังมีข้อมูลการออกแบบที่ยอดเยี่ยมเกี่ยวกับ IGBT ของพวกเขา

— Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
แหล่งที่มา

4

ขอบคุณ! คุณสามารถให้ลิงค์ไปยังชื่อรุ่นหรืออย่างน้อยก็ชื่อชุดผลิตภัณฑ์หรือไม่

3

คุณคิดว่าคุณสามารถค้นคว้าด้วยตัวเองได้

— ไหม

(-1 สำหรับ snarky "just google it" แสดงความคิดเห็นในการป้องกันของคำตอบความพยายามต่ำจริง ๆ )

— 371366

@ dn3s ฉันมักจะใช้ความพยายามมากกว่าคำถามไม่ใช่คำ

— เยาะเย้ย

นี่ไม่ใช่การฝึกอบรมที่เว็บไซต์นี้ได้รับการออกแบบมาให้ เป้าหมายของ stackexchange คือการอ้างอิงไม่ใช่ฟอรัม อย่างไรก็ตามดีใจที่เห็นว่าคุณได้ปรับปรุงคำตอบของคุณแล้วฉันได้ลบ -1 ของฉันออกแล้ว (แม้ว่ามันจะดูเหมือนโฆษณาสำหรับผลิตภัณฑ์เฉพาะในขณะที่คำตอบอื่น ๆ จะตอบคำถามโดยตรง)

— 371366