يشتمل نظام الطاقة على خمسة أجزاء رئيسية هي "توليد الطاقة ونقلها وتخصيص التحويل"، ويتكون الجهد العالي بشكل أساسي من جزأين "نقل وتحويل الطاقة". تعتبر محطة التحويل والمحطة الفرعية هي الأساس، وتمثل المعدات الكهربائية أكثر من نصف إجمالي الاستثمار. يتم تحقيق مزايا UHV من التحويل والحماية والتحكم والكشف والجوانب الأخرى. سواء كان صمام محول DC، أو معدات التحكم والحماية DC، أو AC GIS، المحول، لا يمكن فصلها عن الدائرة المتكاملة.

أنظمة الطاقة المعقدة، بدءًا من المكونات وأنظمة مستوى اللوحة وحتى المعدات، لها بعض المتطلبات الخاصة لضمان عمليات التحويل والقياس والتحكم والحماية. الموثوقية هي الشرط الأساسي والأكثر أهمية لنظام الطاقة. بمجرد حدوث خطأ، فإنه سيؤثر على إنتاج الناس وحياتهم؛ ثانيا، يشترط أن يكون في الوقت الحقيقي. يتغير الجهد والتيار طوال الوقت ويجب تعديلهما في الوقت الفعلي لضمان الاستقرار؛ ثالثًا، إنها ذات كفاءة عالية، لأن رابط النقل بأكمله يتضمن الكثير من تحويل الطاقة، ويجب تقليل الخسارة؛ والرابع هو مكافحة التدخل. ستنتج البيئة المعقدة لنظام الطاقة الكثير من الضوضاء الكهرومغناطيسية. ولذلك، فإن الكفاءة العالية والموثوقية والوقت الحقيقي ومكافحة التدخل هي أصعب النقاط في تصميم نظام الطاقة، ونظام UHV لديه متطلبات أعلى بسبب خصوصيته.

بالإضافة إلى ذلك، على الرغم من تقدم الصين بفارق كبير في تكنولوجيا الجهد العالي للغاية، فإن كل مشروع له متطلبات جديدة ويحتاج إلى الابتكار باستمرار لمحاولة استكشاف تقنيات جديدة. وفي الوقت نفسه، مع التعقيد المتزايد لنظام الجهد العالي للغاية، تغلغل الطلب على التكامل والذكاء في كل نظام فرعي. تعتبر الشريحة بمثابة الناقل لتحقيق هذه الابتكارات. ما هو نوع الرقاقة التي يمكنها حل العديد من التحديات في نظام الجهد العالي للغاية؟

في الواقع، الموثوقية العالية هي تقليل معدل الفشل. للتحكم في نظام النقل وحمايته، من الضروري أن يكون لديك قدرة مراقبة مثالية. لا يمكن فصل هذا بشكل طبيعي عن سلسلة الإشارة التي تربط جسور المجال التناظري والرقمي، حيث يعد استشعار وجمع وتحويل ونقل الجهد والتيار والمعلمات الأخرى إلى ADC للنظام أمرًا بالغ الأهمية. بالنسبة لنظام الطاقة، هناك عادةً جهود ثلاثية الطور، وتيارات ثلاثية الطور، وجهود وتيارات الخط المركزي. هناك علاقة طورية بين هذه الإشارات. لذلك، بالإضافة إلى معلومات السعة، يجب أن يكون النظام قادرًا على الحصول على علاقة الطور في الوقت الفعلي وبدقة، حتى يتمكن النظام من أداء الحماية والتحكم. بالإضافة إلى ذلك، فإن النطاق الديناميكي للإشارات في نظام الطاقة، وخاصة الإشارة الحالية، واسع جدًا، ومتطلبات دقة الحصول على الإشارة عالية جدًا، بحيث يمكن تحديد موقع الخطأ بدقة.

توفر TI 16 بت ADC مصمم خصيصًا لنظام الطاقة، مع أخذ عينات متزامنة متعددة القنوات، ودقة عالية ودقة عالية، ونطاق ديناميكي واسع يصل إلى 90 ديسيبل، ويمكن العثور بسرعة على أخطاء الدائرة القصيرة أو الدائرة المفتوحة. تم دمج جهازي ADC هذين مع مكبرات الصوت ولديهما دوائر معايرة دقيقة بالداخل، لذلك لا يلزم وجود تكامل أو معايرة إضافية لسلسلة الإشارة. تم أيضًا دمج آلية تصحيح الأخطاء في الواجهة مع وحدة المعالجة المركزية لضمان نقل عملية الاتصال الموثوقة إلى نظام المعالجة من خلال آلية المراقبة. بمعنى آخر، تتمتع منتجات ADC الخاصة بشركة TI بموثوقية عالية من المجال التناظري إلى المجال الرقمي ومن ثم إلى الواجهات.

في الواقع، تنعكس موثوقية النظام بأكمله من خلال تنفيذ شريحة النظام والمخطط. ومن الجدير بالذكر أن جميع منتجات تطبيقات شبكة الطاقة لشركة TI قد اجتازت عملية إدارة الجودة المهنية والصارمة في روابط الإنتاج والاختبار، وذلك لضمان الموثوقية العالية للمنتجات. في نطاق درجة الحرارة بأكمله، يكون انجراف درجة الحرارة منخفضًا جدًا، وهو مناسب جدًا لبيئة شبكة الطاقة المعقدة.

تشير كفاءة نظام الطاقة إلى كفاءة التحويل. لا يمكن فصل جميع أنواع المعدات، من صمامات التحويل إلى محطات النقل، عن تحويل الطاقة. تقوم أنابيب الطاقة بتحويل ونقل مصادر الطاقة إلى ما لا نهاية. سواء كان IGBT أو SiC مطلوبًا لتحويل الطاقة، يلزم وجود محرك فعال وموثوق للتحكم في هذه المكونات الأساسية.

نظرًا لعدم وجود شرائح متكاملة للغاية، يتم تنفيذ برامج تشغيل IGBT تقليديًا باستخدام وحدات، وهو أمر مكلف. أحدث UCC5870-Q1 الذي أطلقته TI هو برنامج تشغيل بوابة أحادي القناة معزول وقابل للتكوين. يمكن لـ ADC المدمج داخليًا دعم مجموعة متنوعة من مراقبة المدخلات التناظرية، وكذلك دمج التحكم في درجة الحرارة ووظائف الحماية الأخرى، ودعم تكوين واجهة SPI، وذلك لتحقيق وظائف تحويل واكتشاف أكثر كفاءة، وهو ما ينطبق على أي SiC أو IGBT. بهذه الطريقة، يمكن للعملاء استبدال الوظائف التي يمكن تحقيقها بواسطة وحدتين بشريحة واحدة، وبالتالي تبسيط تصميم نظام القيادة وتقليل التكلفة بشكل كبير.

تشكل الخصائص الكهرومغناطيسية للأجهزة مصدر قلق كبير لنظام الطاقة، الذي لا ينبغي أن يقلل فقط من الإشعاع الناتج عن الأجهزة، بل يجب أن يقاوم أيضًا التداخل الخارجي. تحتوي العديد من أجهزة TI، مثل مضخم التشغيل، على مرشحات مدمجة، والتي لا يزال بإمكانها الحفاظ على معالجة الإشارات عالية الدقة في ظل تداخل كهرومغناطيسي خارجي قوي. تعد تقنية العزل أيضًا وسيلة مهمة لمكافحة التدخل. TI هي واحدة من أوائل الشركات المصنعة للعزل السعوي، والتي تتفوق كثيرًا على قارنة التوصيل الضوئية التقليدية، وقارنة التوصيل المغناطيسية وغيرها من المنافسين من حيث القدرة على مقاومة التداخل. على سبيل المثال، يستخدم UCC5870-Q1 تكنولوجيا عزل ثاني أكسيد السيليكون لتحقيق dv/dt يصل إلى 150 كيلو فولت/ns، وهو ما يتفوق بكثير على المنافسين.

مع التطوير الإضافي لتكنولوجيا UHV، تتطور بسرعة سلسلة من التقنيات المتقدمة بما في ذلك نقل التيار المستمر المرن، بدءًا من التحكم والقيادة والحماية وحتى التشغيل ومتطلبات النظام بأكمله. بالنسبة لشركات الرقائق، يعني هذا المزيد من الفرص، ولكن أيضًا متطلبات أعلى. يمكننا أن نرى أنه من أجل التعامل مع نظام شبكة الطاقة UHV المعقد بشكل متزايد، قامت منتجات TI بتسريع تكرارها، مما يوفر للسوق منتجات ذات موثوقية عالية وتكامل عالي لتبسيط تطبيق العملاء.