ماڈیولر سالڈ سٹیٹ ٹرانسفارمر سب ماڈیول کا ورکنگ اصول

ایک سالڈ اسٹیٹ ٹرانسفارمر (SST)، جسے پاور الیکٹرانک ٹرانسفارمر بھی کہا جاتا ہے، 50 Hz مقناطیسی فیلڈز پر چلنے والے روایتی لائن فریکوئنسی ٹرانسفارمرز سے مختلف ہے۔ یہ ایک قابل کنٹرول پاور کنورژن ڈیوائس ہے جو پاور الیکٹرانک کنورٹرز اور ہائی فریکوئنسی ٹرانسفارمرز پر مشتمل ہے۔ روایتی لائن فریکوئنسی ٹرانسفارمرز صرف موڑ کے تناسب کے مطابق غیر فعال طور پر وولٹیج کو تبدیل کرتے ہیں۔ galvanic تنہائی اور وولٹیج کی تبدیلی کے علاوہ، SSTs ڈیجیٹل کنٹرول شدہ صلاحیتیں فراہم کرتے ہیں جن میں دو طرفہ پاور فلو، وولٹیج ریگولیشن، ہارمونک دبانے اور ری ایکٹیو پاور کمپنسیشن، سمارٹ گرڈز میں پاور روٹرز کے طور پر کام کرنا۔

بورڈ سیٹ اپ

https://training-dev.ti.com/tool/TIDA-011012#tech-docs

ذیلی ماڈیول مجموعی طور پر فن تعمیر

ہر ذیلی ماڈیول دو بڑے ہارڈویئر حصوں پر مشتمل ہوتا ہے: ایک AC-DC ہائی وولٹیج کنورژن یونٹ اور ایک DAB ہائی فریکوئنسی الگ تھلگ DC-DC یونٹ۔ درمیانی وولٹیج گرڈ ایپلی کیشنز جیسے کہ 10 کے وی سسٹمز کے لیے، متعدد ذیلی ماڈیولز ان کےAC سائیڈ ٹرمینلزکل گرڈ وولٹیج کا اشتراک کرنے کے لئے. ہر ذیلی ماڈیول ایک آزاد انٹرمیڈیٹ DC-لنک کا مالک ہے، جو کہ DC-وولٹیج اسٹیکنگ کے بغیر دوسروں سے الگ تھلگ ہے۔ DAB کنورٹرز کے تمام کم وولٹیج DC آؤٹ پٹس متوازی طور پر ایک متحد کم وولٹیج DC بس بنانے کے لیے جڑے ہوئے ہیں۔

بلاک ڈایاگرام

https://training-dev.ti.com/tool/TIDA-011012#tech-docs

مرحلہ 1: دو طرفہ H‑bridge AC‑DC کی تبدیلی

ان پٹ سائیڈ سنگل فیز H‑برج چار SiC پاور سوئچز، بوسٹ انڈکٹرز اور DC-لنک کیپسیٹرز پر مشتمل ہے، جو کلوہرٹز لیول سوئچنگ فریکوئنسی پر کام کرنے والی دو طرفہ بوسٹ-PFC ٹوپولوجی کو نافذ کرتا ہے۔ یہ رییکٹیفیکیشن اور ریورس گرڈ ٹائی انورسیشن دونوں کو سپورٹ کرتا ہے۔

اصلاحی موڈ میں، ذیلی ماڈیول تقسیم شدہ گرڈ فریکوئنسی AC وولٹیج حاصل کرتا ہے۔ H‑برج سوئچز کی تیز رفتار PWM سوئچنگ مقناطیسی فیلڈ انرجی کو ذخیرہ کرنے اور جاری کرنے کے لیے بوسٹ انڈکٹرز کے ساتھ تعاون کرتی ہے، گرڈ فریکوئنسی AC کو مستحکم انٹرمیڈیٹ DC-لنک وولٹیج میں تبدیل کرتی ہے۔ یہ مرحلہ پاور فیکٹر کی اصلاح کا بھی احساس کرتا ہے، جو سائنوسائیڈل گرڈ سائیڈ کرنٹ اور ہارمونک دبانے کو یقینی بناتا ہے۔ واضح رہے کہ DC-link وولٹیج کو ان پٹ AC وولٹیج کی چوٹی کی قیمت سے زیادہ ہونا چاہیے تاکہ بوسٹ آپریشن کی شرائط کو پورا کیا جا سکے۔

ریورس پاور آپریشن کے دوران، H‑برج ایک انورٹر کے طور پر کام کرتا ہے۔ یہ انٹرمیڈیٹ DC-لنک پر ذخیرہ شدہ توانائی کو یوٹیلیٹی گرڈ میں انجکشن شدہ گرڈ فریکوئنسی AC میں تبدیل کرتا ہے۔ ری ایکٹیو پاور آؤٹ پٹ گرڈ پاور کوالٹی ریگولیشن کے لیے بھی قابل حصول ہے۔

AC-DC کی تبدیلی

مرحلہ 2: DAB ڈوئل-ایکٹو-برج ہائی-فریکونسی الگ تھلگ DC-DC تبدیلی

ذیلی ماڈیول کے الگ تھلگ کور کے طور پر، DAB میں ایک پرائمری سائیڈ فل برج، ایک ہائی فریکوئنسی ٹرانسفارمر اور ایک سیکنڈری سائیڈ فل برج شامل ہے۔ یہ مقامی دو طرفہ طاقت کی صلاحیت کے ساتھ سینکڑوں کلو ہرٹز پر کام کرتا ہے۔

پرائمری سائیڈ فل برج الٹا: سابقہ ​​H‑برج انٹرمیڈیٹ DC-لنک سے توانائی کھینچتے ہوئے، SiC DC وولٹیج کو ہائی فریکوئنسی AC مربع لہروں میں تبدیل کرتا ہے جس کا طول و عرض DC-لنک وولٹیج کے برابر ہوتا ہے، جو ہائی فریکوئنسی ٹرانسفارمر کے بنیادی وائنڈنگ کو فیڈ کرتا ہے۔ ٹرانسفارمرز ڈی سی کرنٹ نہیں چلا سکتے۔ صرف متبادل مربع لہر وولٹیج توانائی کی منتقلی کے لیے کور کے اندر متبادل مقناطیسی میدان قائم کرتا ہے۔ ہائی فریکوئنسی آپریشن چھوٹے ٹرانسفارمر کور کو قابل بناتا ہے اور سوئچنگ کے نقصانات کو کم کرنے کے لیے صفر وولٹیج سوئچنگ (ZVS) کی اجازت دیتا ہے۔

وولٹیج کی تبدیلی اور galvanic تنہائی کے لیے ہائی فریکوئنسی ٹرانسفارمر: ہائی فریکوئنسی مربع لہروں سے کھلایا، ٹرانسفارمر وولٹیج کے طول و عرض کو اپنے سمیٹنے والے موڑ کے تناسب کے مطابق تبدیل کرتا ہے اور ہائی وولٹیج پرائمری اور کم وولٹیج سیکنڈری ڈومینز کے درمیان مکمل گالوانک آئسولیشن فراہم کرتا ہے۔وولٹیج کی تبدیلی کا تناسب فیز شفٹ کنٹرول کے بجائے ٹرانسفارمر موڑ کے تناسب سے طے کیا جاتا ہے. ٹرانسفارمر کا اندرونی رساو انڈکٹنس DAB کے لیے سیریز پاور ٹرانسفر انڈکٹر کے طور پر استعمال ہوتا ہے۔

سیکنڈری سائیڈ فل برج فعال اصلاح: سیکنڈری سائیڈ فل برج ٹرانسفارمر کے ذریعے فراہم کردہ ہائی فریکوئنسی اسکوائر ویو وولٹیج پر کارروائی کرتا ہے۔ غیر فعال ڈایڈڈ رییکٹیفیکیشن کے برعکس، ایکٹو فل برج قطعی طور پر SiC سوئچنگ کے اوقات کو کنٹرول کرتا ہے۔ چاہے مربع لہر مثبت ہو یا منفی نصف سائیکل میں، متبادل AC توانائی آؤٹ پٹ کیپسیٹرز کے لیے چارج کرنٹ میں تبدیل ہو جاتی ہے۔ آؤٹ پٹ کیپسیٹرز اعلی تعدد کی لہروں کو فلٹر کرتے ہیں اور ہموار کم وولٹیج ڈی سی آؤٹ پٹ تیار کرتے ہیں۔

ریورس پاور فلو کے لیے، سیکنڈری سائیڈ فل برج ایک انورٹر کے طور پر کام کرتا ہے، جو ٹرانسفارمر سیکنڈری کو بھیجے گئے کم وولٹیج DC کو واپس ہائی فریکوئنسی مربع لہروں میں کاٹتا ہے۔ ٹرانسفارمر کے ذریعے توانائی کو بڑھایا جاتا ہے، پھر پرائمری سائیڈ فل برج کے ذریعے انٹرمیڈیٹ DC وولٹیج میں دوبارہ تشکیل دیا جاتا ہے۔

DAB سنگل فیز شفٹ (SPS) کنٹرول کو اپناتا ہے۔ پرائمری اور سیکنڈری سائیڈ فل برجز 50% ڈیوٹی ریشو مربع ویو ویوفارمز تیار کرتے ہیں۔ کنٹرولر لہروں کے دو سیٹوں کے درمیان مرحلے کے زاویہ کے فرق کو ایڈجسٹ کرتا ہے۔ فیز شفٹ میگنیٹیوڈ ٹرانسمیٹڈ پاور میگنیٹیوڈ کو کنٹرول کرتا ہے، اور فیز شفٹ پولارٹی پاور فلو کی سمت کا تعین کرتی ہے۔فیز شفٹ صرف پاور کو ریگولیٹ کرتا ہے، یہ وسیع رینج سٹیڈی آؤٹ پٹ وولٹیج ایڈجسٹمنٹ حاصل نہیں کر سکتا. موڑ کے تناسب سے مماثل برائے نام آپریٹنگ پوائنٹ سے بہت دور آؤٹ پٹ وولٹیج کو زبردستی کرنے سے ZVS حالات ختم ہو جائیں گے، بھاری گردش کرنے والا کرنٹ متعارف ہو جائے گا اور ڈیوائس کی شدید گرمی ہو گی۔ ریٹیڈ آؤٹ پٹ وولٹیج کو تبدیل کرنے کے لیے، ہائی فریکوینسی ٹرانسفارمر ٹرن ریشو کو دوبارہ ڈیزائن کیا جانا چاہیے۔

ڈی اے بی

سسٹم اسکیلنگ اور انجینئرنگ کی رکاوٹیں

درمیانی وولٹیج ہائی پاور ایپلی کیشنز میں، وولٹیج اور پاور اسکیلنگ کو سیریز سے منسلک AC ان پٹ اور متوازی منسلک DC آؤٹ پٹس کے ساتھ متعدد ذیلی ماڈیولز کے ذریعے حاصل کیا جاتا ہے۔ متوازی ذیلی ماڈیولز کا عام کم وولٹیج بس وولٹیج DAB ٹرانسفارمر ٹرن ریشو کے ذریعے مقفل ہے۔ جب ہدف آؤٹ پٹ وولٹیج اندرونی DAB آؤٹ پٹ وولٹیج سے ہٹ جاتا ہے تو دو عملی حل موجود ہیں:

اصل ہارڈ ویئر کو برقرار رکھیں اور پوسٹ ریگولیشن سٹیپ ڈاؤن کے لیے ایک اضافی غیر الگ تھلگ DC-DC کنورٹر شامل کریں۔

ہائی فریکوئنسی ٹرانسفارمر کو دوبارہ ڈیزائن کریں، جزوی تناؤ کی دوبارہ تصدیق کریں اور گہری DAB ترمیم کے لیے کنٹرول الگورتھم کو دوبارہ بنائیں۔

ایس ایس ٹی کومپیکٹ سائز کیوں حاصل ہوتا ہے۔

روایتی ڈسٹری بیوشن ٹرانسفارمرز 50 ہرٹز لائن فریکوئنسی پر کام کرتے ہیں اور ریٹیڈ پاور فراہم کرنے کے لیے بڑے مقناطیسی کور کراس سیکشنل ایریا کی ضرورت ہوتی ہے۔ برقی مقناطیسی اصولوں کے مطابق:دی گئی پاور ریٹنگ کے لیے، زیادہ آپریٹنگ فریکوئنسی مطلوبہ بنیادی حجم اور وزن کو کم کرتی ہے۔.

آئیسولیشن ٹرانسفارمر کو 50 ہرٹز مین وولٹیج کے ساتھ براہ راست چلانے کے بجائے، ایس ایس ٹی پاور الیکٹرانکس گرڈ فریکوئنسی پاور کو سینکڑوں کلو ہرٹز ہائی فریکوئنسی اسکوائر ویو وولٹیج میں تبدیل کرتا ہے جو ہائی فریکوئینسی آئسولیشن ٹرانسفارمر کو فیڈ کرتا ہے۔ لائن فریکوئنسی کے مقابلے میں، آپریٹنگ فریکوئنسی ہزاروں گنا بڑھ جاتی ہے، لہذا ہائی فریکوئنسی مقناطیسی اجزاء کا حجم اور وزن دس گنا سے زیادہ کم کیا جا سکتا ہے۔

N=k * 10^5 * U / (f * Ae * Bmax )

k - زیادہ سے زیادہ آن-وقت کا تناسب سوئچنگ پیریڈ تک، عام طور پر k=0.4؛

U - پرائمری وائنڈنگ ان پٹ وولٹیج (V)، تقریباً DC ان پٹ وولٹیج کے برابر؛

f - ٹرانسفارمر کی آپریٹنگ فریکوئنسی (kHz)؛

Ae - مؤثر کراس-مقناطیسی کور کا سیکشنل ایریا (cm²)؛

Bmax - مقناطیسی بہاؤ کثافت (G) کا زیادہ سے زیادہ قابل اجازت جھول۔

موروثی خرابیاں

بڑی مقدار کے سیمی کنڈکٹر ڈیوائسز روایتی ٹرانسفارمرز کے مقابلے ہارڈ ویئر کی اعلی پیچیدگی اور زیادہ قیمت لاتے ہیں۔ ہائی فریکوئنسی سوئچنگ پی سی بی لے آؤٹ، مقناطیسی اجزاء کے ڈیزائن اور تھرمل مینجمنٹ پر سخت تقاضے عائد کرتے ہوئے برقی مقناطیسی مداخلت (EMI) پیدا کرتی ہے۔ لہذا SST لائن فریکوئنسی ٹرانسفارمرز کو مکمل طور پر تبدیل نہیں کرے گا، اور بنیادی طور پر نئے پاور سسٹم کے منظرناموں میں لاگو ہوتا ہے جو کمپیکٹ فوٹ پرنٹ، دو طرفہ پاور فلو، DC انٹرفیس اور فعال پاور کوالٹی کنٹرول کا مطالبہ کرتے ہیں۔