Автомат без контактов: SolarEdge целится в отключение 800 VDC за микросекунды
В момент отсечки ток уже течёт через кабель, шины и входные ёмкости нагрузки. Управляющая электроника может приказать силовому ключу закрыться за микросекунды, однако индуктивность контура сопротивляется мгновенному исчезновению тока. Контакты в таком выключателе не расходятся, поэтому дуга между ними не рождается. Энергия ½LI² всё равно остаётся в системе и требует заранее рассчитанного пути.
Шина уже выключена, а ток ещё течёт
SolarEdge и Infineon 9 сентября объявили о разработке твердотельного автоматического выключателя для распределения 800 VDC. SolarEdge проектирует сам узел защиты, Infineon предоставляет силовые CoolSiC JFET. Устройство предполагается поставить между твердотельным трансформатором и вычислительной стойкой. Компании называют целью изоляцию аварии за несколько микросекунд; опубликованного протокола короткого замыкания для этого изделия пока нет.
На переменном токе механическому автомату регулярно помогает сеть: ток проходит через ноль, и дуге легче погаснуть. В постоянной сети такого момента может не наступить. При 800 VDC размыкание контактов превращается в борьбу с устойчивой дугой, её растяжением и отводом энергии. Полупроводниковый ключ убирает подвижный контакт из этой сцены, однако предъявляет жёсткие требования к силовой схеме.
Ключ должен жить в двух несовместимых режимах
В штатном режиме через такой выключатель постоянно течёт ток всей стойки — значит, он не имеет права заметно греться. В аварии тот же путь должен быстро закрыться, выдержать бросок напряжения и не разрушиться. Выбор SiC JFET здесь понятен по замыслу: ключу нужны малые потери проводимости, быстрое запирание и запас по высокому напряжению. Реальные сопротивление открытого канала, допустимый ток отключения, число параллельных либо последовательных ключей и топология в анонсе не раскрыты.
После запирания ток индуктивности попытается продолжить путь, поднимая напряжение на выключателе. Его могут принять ограничитель перенапряжения, варистор, снаббер, накопитель энергии либо комбинация этих узлов. Именно этот участок схемы решает, каким будет выброс, сколько энергии дойдёт до нагрузки и переживёт ли ключ отключение. Для нескольких выключателей на одной шине появляется ещё одна задача: ближайший к аварии должен сработать первым, не обесточив всю систему.
Микросекунды пока остаются целью разработки
Публичные материалы SolarEdge используют две временные формулировки. В пресс-релизе для разрабатываемой SSCB названы «несколько микросекунд», на странице комплексной DC-архитектуры — «десятки микросекунд». Это разные уровни описания системы, поэтому сводить их к измеренной характеристике готового автомата рано. Компании также развивают твердотельный трансформатор, который должен преобразовывать 13.8–34.5 kV AC в шину 800–1500 VDC; заявленная эффективность выше 99% относится к целевой платформе трансформатора.
Пока это объявление о совместной разработке, а не паспорт серийного автомата. Но сама постановка задачи уже меняет привычный образ защиты: автомат на высоковольтной DC-шине перестаёт быть коробкой с раздвигающимися контактами и становится силовым полупроводниковым узлом, где судьбу аварии определяют наносекунды коммутации, наногенри шины и джоули, которым нужно найти безопасное место.