Quelle est la tension maximale que le silicium peut supporter?

Aujourd'hui, dans une course à l'efficacité, nous sommes passés des transformateurs aux alimentations à découpage. Presque toutes les alimentations ont été conçues pour un fonctionnement monophasé basse tension (220Vac / 310Vdc dans mon pays). Je n'ai jamais vu de blocs d'alimentation ATX 380 V triphasés de 3+ kW pour PC malgré leur efficacité et leur bruit d'ondulation plus faible. Ils seraient très utiles pour les piles de GPU. Je pense que c'est principalement parce que les condensateurs électrolytiques ne peuvent survivre au 660Vdc rectifié.

Et il pourrait être encore mieux de rectifier une ligne moyenne tension de 10 kV, comme cela arrive généralement au transformateur du village. Mais quelle est la limite de tension des dispositifs en silicium (MOSFET) qui peuvent survivre sans tomber en panne?

Vous pouvez obtenir des thyristors de 8 kV (à plusieurs milliers d'ampères) pour les convertisseurs HVDC. La porte est optiquement couplée pour les raisons évidentes et aussi parce que, lorsqu'elle est utilisée en tandem sur des liaisons HVDC, les différences de vitesse de commande de porte entre les thyristors connectés en série sont importantes et l'optique est un peu plus nette en termes de vitesse: -

Empilez-en quelques-uns ensemble dans un plateau avec les divers extras dont vous avez besoin pour les contrôler en toute sécurité (amortisseurs, etc.) et vous obtenez l'un de ceux-ci: -

Ensuite, vous construisez un monument aux dieux de Megavolt en empilant les plateaux comme suit: -

Remarquez le petit gars au fond.

En ce qui concerne la puissance, j'ai lu qu'il faut 40 grammes de silicium pour contrôler 20 MW de puissance et beaucoup de ces installations font littéralement mille MW ou plus.

Et il pourrait être encore mieux de rectifier la ligne moyenne tension 10kV, comme cela arrive généralement au transformateur de village.

Ah mais vous n'obtenez pas une isolation sûre et fiable - une panne et 10 kV dans le câblage de votre maison ne sont pas bons. De plus, le seuil de rentabilité sur une liaison HVDC par rapport à une liaison AC régulière est de très nombreux kilomètres.

Où sont les blocs d'alimentation triphasés 380v à 12V?

Et bien il y a un accroc technique inhérent au circuit utilisé depuis de nombreuses années dans le circuit redresseur triphasé "standard": -

Le problème est de savoir comment ils commutent et corrigent le facteur de puissance. Au bon vieux temps, personne ne s'en souciait, mais ces jours-ci, la propreté des PF et de l'approvisionnement est primordiale dans de nombreux pays. Et c'est le problème avec le redresseur triphasé standard - il ne peut pas être corrigé PF car les diodes ne peuvent pas conduire de 0 volts à 0 volts (tout au long d'un demi-cycle) en raison de l'effet de blocage des autres phases et de leurs diodes. Le courant pulsé prélevé sur l'alimentation triphasée est vraiment mauvais.

La solution consiste à utiliser trois alimentations monophasées (et corrigées PF) contribuant à l'alimentation d'un bus CC commun. Ainsi, l'alimentation de commutation triphasée moderne est en fait trois alimentations monophasées.

Comment les thyristors HVDC peuvent-ils vous demander? Ils utilisent des filtres gros comme des petites maisons pour éteindre les harmoniques générées.

Remarquez la taille relative des filtres harmoniques par rapport à la "salle des soupapes" où se trouvent toutes les "soupapes" des thyristors. Toutes sortes de filtres doubles et simples sont utilisés juste pour supprimer ces harmoniques et, si la même technique était utilisée sur des alimentations à commutation triphasée standard plus ordinaires (celles qui ne respecteront jamais la législation moderne), devinez quoi; le coût du filtrage est supérieur au coût supplémentaire des fournitures individuelles avec correction PF intégrée.

Pourriez-vous fournir un lien vers le nom du modèle, ou au moins nommer la série de produits?

Disques thyristor Infineon jusqu'à 8 kV et 4800 ampères .

Mais quelle est la limite de tension des clés en silicium (mosfets) peuvent survivre sans percer?

Il n'y a pratiquement aucune limite; si votre tension dépasse la tension de claquage d'un composant, eh bien, mettez deux en série.

Il existe des redresseurs à base de semi-conducteurs au silicium pour le transfert de puissance CC haute tension. Ceux-ci fonctionnent autour de 800 kV ou plus.

Pourtant, il serait stupidement cher d'essayer d'utiliser plusieurs kV comme entrée d'une alimentation électrique qui, à la fin, génère une tension de trois ordres de grandeur plus petite. En outre, il est incroyablement dangereux de gérer plusieurs kV dans les installations domestiques, voire impossible (l'isolement peut facilement devenir plus épais que les ouvertures de câbles).

Ils construisent en fait des transformateurs à semi-conducteurs avec une plus grande efficacité et un meilleur contrôle, ceux-ci fonctionnent à 7,2 kV

Le commutateur performant de l'électronique de puissance, le transistor bipolaire à grille isolée à base de silicium (IGBT), convient mieux. Ces appareils ont été utilisés pour construire des SST pour des applications ferroviaires en Europe. Et ils sont certainement plus rapides. Mais les appareils commerciaux les plus rigoureux peuvent supporter des tensions allant jusqu'à environ 6,5 kilovolts seulement. Bien que cette tension de claquage soit parfaitement adaptée à une gamme d'applications électriques, elle n'est pas suffisante pour gérer l'électricité qui circule dans les transformateurs de distribution; aux États-Unis, une tension typique à l'extrémité inférieure du spectre est de 7,2 kV.

Ils utilisent du carbure de silicium qui a une plus grande bande interdite et est plus tolérant aux problèmes de chauffage également:

Heureusement, le silicium n'est pas la seule option. Au cours des 10 dernières années, de grands progrès ont été réalisés dans le développement de commutateurs à base de semi-conducteurs composés - le carbure de silicium en particulier. Le carbure de silicium possède une gamme de propriétés attrayantes qui découlent de sa large bande interdite - l'obstacle énergétique qui doit être surmonté pour passer de l'isolant au conducteur. La bande interdite du carbure de silicium est de 3,26 électron-volts à 1,1 eV du silicium, ce qui signifie que le matériau peut être exposé à des champs électriques et à des températures beaucoup plus élevés que le silicium sans se décomposer. Et parce que ce semi-conducteur composé peut supporter des tensions beaucoup plus élevées, les transistors de puissance construits à partir de celui-ci peuvent être rendus plus compacts, ce qui leur permet de commuter beaucoup plus rapidement que leurs homologues à base de silicium.

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

Les hybrides IGBT de Mitsubishi avec des sorties BJT à entrée FET peuvent désormais commuter des mégawatts et des très hautes tensions de 15 kV et sont également utilisés dans des onduleurs intelligents et des GTI de 600 V en réseaux pour la redondance vers des GTI plus petits tels que les unités 2000S 50kW de Huawei.

Vous trouverez ci-dessous un IGBT hybride Mitsubishi qui possède de nombreux brevets pour une énergie de commutation exceptionnellement élevée et un pilote interne ESL et ESR extrêmement faible. (inductance et résistance) Je crois qu'ils travaillent maintenant sur leur 8e génération.

TI a également d'excellentes informations de conception sur leurs IGBT