Laboratorium zaawansowanej elektroniki i automatyki 129

 Laboratorium zaawansowanej elektroniki i automatyki 129

 Dalej trwa mechanizacja i automatyzacja światowego przemysłu i usług.
W 2024 roku ilość pracujących w świecie robotów przemysłowych przekroczyła 4 mln. Liderem w przyroście są Chiny.  

 Coraz trudniej jest powiedzieć co to jest realna gospodarka USA i czy na pewno przelewanie z pustego w próżne to jest pożądany PKB !
Na przełomie XX - XXI  wieku  około 40 % wkład we wzrost PKB miał w USA przemysł wytwórczy. Za nim był handel i dalej  sektor finansowo - ubezpieczeniowy.
Obecnie statystyczny wzrost  PKB napędza:
1.Sektor informacji i wysokich technologii.
2.Sektor profesjonalnych usług świadczonych przede wszystkim przez przedstawicieli wolnych zawodów: architekci, księgowi, inżynierowie, lekarze, prawnicy, doradcy podatkowi i ubezpieczeniowi, informatycy świadczący usługi IT, doradcy od PR, marketingu i HR.
3.Handel.
4.Sektor usług administracyjnych polegających na zarządzaniu personelem, płacami, nieruchomościami, świadczeniami, zasobami ludzkimi oraz planowaniu finansowym, prowadzeniu dokumentacji, zarządzaniu umowami i podwykonawstwem, obiektami itp.
5.Sektor finansowy i ubezpieczeniowy.
6.Przemysł wytwórczy.

W przemyśle, handlu i w usługach produktywność amerykańskich firm jest niższa niż firm Europejskich !

 Polska w systemie światowym jest tylko dawcą taniej siły roboczej i pasożytnicze rządy nie widzą wyjścia z tej patologicznej sytuacji. Nawet nie udają że coś w tej sprawie robią.
 Polska jest nawet w mniejszym stopniu innowacyjna, niż wynikałoby to z naszego PKB pc. W podobnej sytuacji jest w Europie tylko Rumunia i Słowacja.
Wejście w nowoczesną produkcje jest długotrwałe i drogie. Rządy z firmami konsekwentnie pracują nad tym dekadami !
Tesla rozpoczęła seryjną produkcję Modelu S w 2012 roku ale prace trwały już ponad 10 lat. Pierwszy zysk odnotowała za rok 2020. W 2023  roku zarobiła około 15 mld dolarów.
Rząd Chin wyłożył na badania i rozwój, pozyskiwanie kompetencji i technologii w dziedzinie elektryfikacji transportu oraz na wsparcie nowej sprzedaży równowartość 380 mld dolarów. Chiny są teraz  liderem elektromobilności na świecie.
 W budżecie na 2025 rok polskie wydatki na szeroko definiowaną obronę wynoszą 186 mld zł co przy szacowanych wpływach 636 mld stanowi około 30 % wpływów podatkowych do budżetu.  Za sanacyjnej Polski też na wojsko szło 30 %  budżetu. Podaje się  wydatki na wojsko jako 5.7 % PKB  ale należałoby powiedzieć że jest to  30% procent wpływów podatkowych. Przy takich antyrozwojowych wydatkach trzeba się pożegnać z rozwojem.
 W nowoczesnej produkcji koszt jednego miejsca pracy może być bardzo wysoki ale jednocześnie bardzo wysoka może być produktywność. Generalnie im nowocześniejsza jest gospodarka tym droższe jest średnie miejsce pracy. Koszt miejsca pracy jest skorelowany z PKB pc. Historycznie rośnie jedno i drugie.

 Korea podała że na razie produkcja kupionego przez Polskę czołgu K2 Hyunday Rotem w Polsce jest niemożliwe i potrzebna jest modernizacja firm które chcą podjąć zadanie. Zatem import broni nie przynosi polskim firmom żadnej korzyści i jest kryzysogenny. NATO będzie tłumaczyć polskim decydentom że za bardzo zapatrzyli się na zagraniczną broń.
Autor od dawna wyznaje pogląd ze kraj średniej wielkości niezdolny do produkcji dla siebie broni nie jest w stanie utrzymać niezależności.  
 Na wykresie pokazano Zasób kapitału na godzinę pracy w 2018 roku. Albo dane dotyczące Polski są nieprawdziwe albo sytuacja polskiej gospodarki jest tragiczna to znaczy jest ona mocno przestarzała i prymitywna.
Polska -  50 USD PPP , Bułgaria - 100, Czechy - 160, USA, Niemcy, Francja... > 200.

W sprawnych państwach o dobrych perspektywach rozwoju wyrównywane są szanse dzieci na starcie a nie emerytów na mecie ! Kapitał zdolności i chęci do pracy nie może się marnować.
Pod względem relatywnej nierówności szans Polska jest trochę gorzej niż przeciętnym krajem europejskim. Niestety sytuacja się pogarsza

Archiwum. EnergoPat.Tyrystor
 Tyrystor został wynaleziony przez potężny koncern General Electric. Jest zdecydowanie najsilniejszym kluczem aktywnym ale jest sterowany tylko połowicznie i jest wolny. Jest prosty w produkcji i tani ale jego światowa produkcja jest w stagnacji i raczej będzie spadać.  Ma największą gęstość prądu ze wszystkich aktywnych kluczy. Przy tym samym napięciu czterokrotnie większą niż tranzystor bipolarny.
Normatywne Itav oznacza prąd średni przy prostowaniu połówkowym prądu sinusoidalnego. Reklamowy prąd  skuteczny jest Pi/2 raza większy.
Popularne w USA oznaczenie tyrystora jako  SCR oznacza Silicon Controlled Rectyfier i wprost nawiązuje do sterowania fazowego.

 Tyrystory pełnią rolę:
-Łączników prądu zmiennego. Łącznikami mniejszej mocy są masowo produkowane triaki. Nowością są transoptory z wyjściowym małym triakiem MOC30XX na napięcie sieciowe. Tam gdzie operacje łączeniowe są częste dopiero łączniki półprzewodnikowe zapewniają właściwą niezawodność systemu – Załączane przez regulatory korowe silniki asynchronicznych elektroserwomechanizmów. Bezzakłóceniowe załączanie do sieci kondensatorów (faktycznie obwodu LC) kompensacji mocy biernej.
-Kluczy mocy w układach sieciowego sterowania fazowego
-Kluczy mocy wyłączanych obwodami LC w inverterach i chopperach     

 Identycznie jak z tranzystorem bipolarnym szybkość przełączania tyrystorów jest odwrotnie proporcjonalna do ich nominalnego napięcia. Czas narastania Tr załączonego prądu w tyrystorach na napięcie <500 V może wynosić nawet poniżej 100 ns.
Czas wyłączania Tq jest funkcją przewodzonego prądu, szybkości opadania prądu przewodzenia a następnie narastania prądu wstecznego, napięcia wstecznego,  szybkości narastania napięcia blokowania du/dt i jego wielkości oraz nade wszystko Temperatury.
 Z rosnącą  stromością prądu wyłączającego tyrystor zmniejsza się późniejsza dopuszczalna stromość narastania napięcia  blokowania dV/dt co prowadzi do prostego wniosku że zawsze częstotliwość pracy invertera jest ograniczona ! Dla bardzo szybkich ASCR  BTW63 z narastaniem napięcia blokowania  Uak  500 V/us i prądu 5 A/usec czas wyłączania Tq wynosi 6-9 us. Ale za szybkie uważane są też duże tyrystory mające Tq 50 usec a nawet więcej.

Maksymalna Temperatura pracy chipa Tj tyrystora wynosi 125C natomiast toleruje on bez uszkodzenia temperaturę chipa taką jak dioda w  prawie identycznej obudowie metalowo ceramicznej czyli 175-200 C ale przy dużych T nie jest po przeciążeniu kontrolowalny i obwód ze zwarciem musi rozłączyć bezpiecznik.   

 Maksymalne moce tyrystorów pracujących z sieciową komutacją naturalną (czyli fazowych - standardowych czyli  nie szybkie a przy wielkich mocach bardzo powolnych ) są bardzo duże i dalej rosną. Tyrystor na napięcie 6 KV ma czas wyłączenia Tq rzędu 500 us a wysokiej temperaturze jeszcze większy !
Szwedzka ASEA tyrystory na wysokie napięcie zastosowała już w 1970 roku do sterowania fazowego w lokomotywach z silnikiem DC.
Produkcja historycznego chipa zwykłego tyrystora w technologi dyfuzyjnej i stopowo-dyfuzyjnej jest dość prosta. Mniejsze tyrystory są od dawna wykonywane technologią planarną.

 Przy napięciu 1000 V gęstość prądu tyrystora jest circa 4 x razy większa  niż w tranzystorze bipolarnym. Przeciążalność tyrystorów (mogą stać się niekontrolowalne do czasu spadku temperatury chipa  ) jest ogromna i czasem tylko trochę mniejsza niż diod na taki sam prąd i napięcie.
Szybkie tyrystory asymetryczne ASCR („frequency thyristor”) mają mniejszą gęstość prądu i ich produkcja jest bardziej skomplikowana. Stąd ich jednostka mocy jest dużo droższa niż zwykłych tyrystorów. Najszybsze tyrystory ASCR produkowano masowo do układów odchylania poziomego odbiorników TVC.  Z bardzo dużą ujemną polaryzacją bramki czasy wyłączania Tq zeszły do 2.4 us.
Jeszcze szybsze w roli tyrystorów są niewielkie asymetryczne tyrystory wyłączalne bramką GTO. Z niewielką ujemną polaryzacją bramki ( praktycznie słabo wspomaga wyłączenie ) czasy Tq są rzędu 1 us !
Największe jednostki tyrystorów są używane w systemach przesyłu  prądu stałego HVDC. Z uwagi na dużą ilość tyrystorów i innych elementów systemy HVDC muszą być redundantne.
Napięcie przy którym chip tyrystora ma największą moc (iloczyn napięcia i prądu ) rośnie z jego  średnicą chipa i dla największych ( średnica ) jednostek dochodzi do 3300 V ale przy średnicy 33 mm nie przekracza 2000 V.

Sygnał sterujący (Laser lub LED mocy) można przy wielkich napięciach ( > 3 KV. W HVDC do 500 KV ! ) podać tylko światłowodem. Odbiornikiem może być tyrystor wyzwalany światłem lub odbiornik optyczny sterujący dalej driver bramki tyrystora.
Tyrystorowe Invertery PWM z szybkimi tyrystorami do zasilania silników asynchronicznych i synchronicznych z wymuszoną komutacją mimo iż produkowane od lat z powodu swoich wad nie zyskują popularności.
W pokazanym schemacie invertera GE interesujący jest system ochrony przecizwarciowej przy niepowodzeniu komutacji w falowniku. Rozwiązanie to powszechnie naśladowano.

 

 Każdy (!) inverter tyrystorowy musi mieć zabezpieczenie na wypadek niepowodzenia komutacji. W tyrystorowych układach odchylania poziomego ( niepowodzenie komutacji po wyładowaniu w kineskopie ) stosowano „bezpiecznik elektroniczny” z tyrystorem. Po czasie blokady zasilania sieciowego dla H-Out circa 400 ms układ dalej pracował i widz często nawet nie zauważył incydentu.  

 Popularność zdobyły falowniki prądu wielkiej mocy wiedzione siecią CSI w systemach HVDC i w systemach „prądnic wałowych” statków
Popularność zdobyły też zasilane prądem CSI ( a nie napięciem ) równoległe rezonansowe konwertery tyrystorowe do nagrzewania indukcyjnego. Ich wadą są bardzo duże zniekształcenia pobieranego trójfazowego prądu zasilającego i za mały współczynnik mocy.
Zawodne tyrystorowe konwertery średniej częstotliwości 400-1000 Hz do zasilania przenoszonego ramieniem robota transformatora zgrzewarki (produkcja nadwozia samochodu ) są wypierane przez  rozwiązania  tranzystorowe.

Generalnie tyrystory są powolne i wysoko stratne dynamicznie.
Równoległy do wielkiego tyrystora szeregowy dwójnik RC mający ograniczyć szybkość narastania napięcia dv/dt po wymuszonym wyłączeniu dla tyrystora dużej mocy może mieć rezystor mocy kilowatowej o wymuszonym chłodzeniu !
Częstotliwość modulacji PWM w trójfazowych tyrystorowych inverterach nie przekracza 1 KHz a czasem i 250 Hz.
Tyrystorowy inverter do zasilania silnika asynchronicznego stosowano w lokomotywach BBC (Brown Boweri , silny koncern szwajcarsko – niemiecki ) ale generalnie invertery tyrystorowe nie zyskały dużej popularności.
Do niepowodzenia wymuszonej ( obwodem LC) komutacji i zwarcia parą tyrystorów obwodu zasilania Udc dochodzi gdy:
-Za duży jest prąd silnika,
-Za wysoka jest temperatura (także lokalna przy bramce ) chipów  tyrystorów. Czas wyłączenia Tq rośnie z  temperaturą i psują się wszystkie parametry dynamiczne.
-Za małe jest napięcie zasilania Udc invertera.
Układ sterujący takim sytuacjom musi zapobiec ale i tak dochodzi do zerwania komutacji.
Względnie poprawne zabezpieczenie invertera zasilanego z sieci trójfazowej ( pokazane wyżej ) opracował koncern General Electric. Jest ono naśladowane.
Choppery do zasilania silników DC z trakcji DC stosowane są w lokomotywach włoskich i być może radzieckich.    
W przypadku zasilania  z trakcji DC tyrystorowego invertera lub choppera konieczne jest jednak zastosowanie drogiego wyłącznika szybkiego DC rozłączającego możliwe zwarcie !

 Polska kupiła zbędną i niekompletną  dolarową licencje na stare diody i tyrystory mocy od koncernu Westinghouse. Elementy takie były już produkowane w ZSRR i Czechosłowacji oraz były i są tam do kupienia. Nie są to elementy deficytowe. Aby tyrystory i diody były użyteczne w inverterach i w sterowaniu fazowym  konieczna jest równoległa produkcja kondensatorów komutacyjnych i kondensatorów do snubberów, rezystorów dużej mocy do snubberów, dławików komutacyjnych , dławików stromościowych, warystorów, transformatorków bramkowych z dobrą izolacją i ekranami obu uzwojeń, transoptorów, odbiorników światłowodowych, scalonych sterowników fazowych   itd. Nic z tego nie jest w Polsce produkowane !
Małe wymiarami rdzenie dławików muszą być wykonane z nowoczesnych materiałów magnetycznych: proszków żelaza, szkieł magnetycznych i cienkiej blachy elektrotechnicznej.
Odpowiedni rdzeń musi też mieć miniaturowy transformator bramowy. Nie produkujemy nowoczesnych ferrytów
Czechosłowacka Tesla produkuje układ scalony MAA436 (oryginał General Electric) do sterowania fazowego  ale układ nadaje się tylko do prostych zastosowań.
O wiele lepszy jest niemiecki układ sterownika fazowego TCA780. Z braku wyspecjalizowanych układów użyteczne są do budowy sterowników fazowych  tanie podwójne i poczwórne OPA i komparatory.

 Dla pewnej wartości  impulsu prądu bramki  najmniejszy jest  załączający tyrystor ładunek elektryczny. Przy zwiększeniu impulsu prądu bramki ładunek wzrasta w stosunku do optymalnego niewiele. Z reguły przy podwojeniu prądu ładunek wzrasta o 15-20% ale przy dalszym zwiększeniu prądu ładunek szybciej wzrasta. Ładunek załączenia spada z temperatura i z napięciem Uak załączanego tyrystora.
Stosując optymalną lub większą wartość prądu oszczędzamy pobierany na cel sterowania bramki prąd zasilacza. Jest to istotne gdy dysponujemy ograniczoną mocą.

Gdy tyrystor ma załączać prąd o znacznej stromości di/dt konieczne jest wyzwalanie dużym i szybkim impulsem bramkowych co wymaga pomysłowości.  Po podaniu impulsu prądu bramki tyrystor zaczyna stopniowo przewodzić coraz większą powierzchnią. Dla uniknięcia niepożądanej lokalizacji wydzielania mocy wokół bramki trzeba podawać szybki i silny impuls bramkowy oraz ograniczyć szybkość narastania prądu di/dt. To są warunki konieczne do poprawnej, niezawodnej  pracy każdego tyrystorowego invertera.   
Na wykresie pokazano przebieg moc traconej w chipie tyrystora przy załączeniu dla rezystora prądu 500A (napięcie zasilania 350 V) wyzwolonego prądami bramki 17 mA  i 2A. Różnica w traconej mocy jest spora ale najgorsze przy małym prądzie bramki jest zlokalizowanie strat przy bramce !

Do zastosowań z dużym di/dt  dedykowane są tyrystory z bramką dynamiczną. Mały monolityczny tyrystor załącza bramkę właściwego – dużego tyrystora. Wadą jest skomplikowana technologia produkcji czyli wysoka cena.

 Czułe tyrystory (<8A) załączają przy prądzie bramki 20-200 uA. Ale przy podwyższonej temperaturze już się nie wyłączają przy pulsującym prądzie dwupołówkowo wyprostowanym 50 Hz bez przyblokowania bramki przez Rgk. Bez Rgk załączają się zakłóceniowo przy stromości napięcia anodowego już kilku V/us. Są użyteczne w wielu zastosowaniach gdy krytyczny jest (na przykład przy starcie ) pobór mocy wyzwalania ale  G-K musi być aktywnie blokowane załączonym do G-K tranzystorkiem bipolarnym lub MOS co jest bardzo łatwe.   
 
 Tyrystor wymaga ochrony nadnapięciowej, nadprądowej i stromościowej di/dt i du/dt
Ochronę nadnapięciową stanowią z reguły warystory. Przy zasilaniu trójfazowym nN warystory zawsze połączone są w trójkąt dlatego że przy określonej średnicy dyskowego warystora nN tolerowany prąd ograniczanego zakłócenia nie zależy od nominalnego napięcia warystora (Im wyższe jest napięcie warystory tym grubszy jest dysk ale cena z napięciem rośnie słabo).  
Tyrystor z efektem lawinowym Avalanche przy nadmiernym napięciu blokowania sam się wyzwoli. Ale tyrystor BT152 o Iav=13A tolerujący z odpowiednim impulsem bramki stromość narastania prądu 200 A/uc przy obronnym samozałączeniu toleruje tylko stromość prądu 15 A/us.
W systemie HVDC tyrystor Avalanche przy uszkodzeniu drivera bramki sam się wyzwoli ponieważ przy załączeniu N sprawnych szeregowo połączonych tyrystorów pojawi się na nim za duże napięcie blokowania. Do systemów HVDC optymalne są Fototyrystory sterowane światłowodem z efektem Avalanche. Ale takich potężnych tyrystorów jeszcze nie ma i potrzebny jest odpowiedni driver bramki z odpowiednim zasilaczem.
Podanie prądu bramki przy napięciu wstecznym na tyrystorze powoduje płyniecie przez niego prądu ze wzmocnieniem prądowym circa 0.5 raza. W przypadku tyrystorów wysokonapięciowych dochodzi do uszkodzenia tyrystora.    

 Mostek tyrystorowy sterowany fazowo operujący maszyną DC pracuje jako prostownik zasilając silnik i jako falownik odbierający moc od generatora czyli hamującego silnika. W sytuacji awaryjnej dochodzi  do Przewrotu  falownika i praktycznie do zwarcia. Choć incydenty takie przy odpowiednich środkach zapobiegawczych mogą być rzadkie to ich skutki są bardzo poważne.
Z tego powodu światowi liderzy sterowań CNC i robotów od początka lat osiemdziesiątych odchodzą od tyrystorów przechodząc na tranzystory Darlingtona.
Dalej omówiono innowacyjną ochronę przez tym destrukcyjnym zjawiskiem

 Trójfazowy czterokwadrantowy inverter serwomechanizmowy DC o m=6 wymaga dwóch 6 tyrystorowych mostków połączonych antyrównolegle czyli razem 12 tyrystorów. Ponieważ koszt ręcznego izolowanego montażu takiej ilości tyrystorów jest duży produkowane są moduły o 2 i 6 tyrystorach izolowane od podstawy odprowadzającej ciepło do radiatora. Przewody bramkowe nie muszą  być ręcznie lutowane go bowiem stosowany jest wtyk i płaski wieloprzewód.   

 W obudowie TO220 produkowane są tyrystory na prąd Itav=35 A ( 55 Arms). 12 takich tyrystorów może być zamontowane na brzegu PCB lub od spodu PCB przylegając do niej tak aby łatwe było „hurtowe”  mocowanie tyrystorów do radiatora. Grubość miedzi na tej PCB musi być jednak znacznie większa niż typowa aby zdolna była przewodzić występujące prądy. Aby potrzebne są też miniaturowe transformatorki bramkowe i pozostałe elementy systemu. W każdym razie możliwe jest prawie automatyczne (bez wielkiej ilości ludzkiej pracy ) wyprodukowanie elektroniki serwonapędu o znośnej cenie.   
   
HVDC
 Wytworzona w elektrowniach energia elektryczna jest Przesyłana Najwyższymi Napięciami a następnie Dystrybuowana siecią WN (w Polsce 110 KV), dalej SN (głównie 15 KV) i w końcu nN, głównie 0.38-0.4 KV. W optymalnym systemie długość linii powinna być proporcjonalna do jej napięcia. W Polsce linia 400 KV nie może być dłuższa od 300 km a zatem linia nN powinna być krótsza od 300 m. Im większa jest powierzchnia systemu (głównie USA i ZSRR) i jego moc tym optymalnie więcej jest napięć NN, WN, SN i nN. W krajach Europejskich  układ napięć  NN, WN, SN i nN jest podobny jak w Polsce.
Najbardziej rynkowy system produkcji, przesyłu i dystrybucji energii jest w USA. Cena KWh energii dla mieszkańców jest do 2.5-3 x wyższa niż cena otrzymywana za KWh przez elektrownie.
Oczywistym jest że koszt budowy systemu przesyłowo – dystrybucyjnego jest bardzo duży i dodatkowo występują  w nim straty energii.
Długość przewodu uzwojenia transformatora 1 GVA na  NN400 KV wynosi około 4 km a jak powiedziano długość linii przyłączonej do niego sięga 300 km !
Moc przesyłana linią może być ograniczona maksymalnym przyrostem temperatury (szczególnie w lecie ) lub dla długich linii stabilnością przesyłu w systemie.
Z optymalizacji zadania alokacji  kapitału inwestycyjnego wynika że w Europie straty mocy w linii przesyłowej AC  NN powinny wynosić 6-7% na 1000 km jej długości.
Straty mocy wynikają z rezystancji linii (z uwzględnieniem zjawiska naskórkowości przy prądzie zmiennym AC  ) oraz  (linie NN i WN ) ze stratnego zjawiska ulotu występującego zarówno z napięciem stałym DC jakim i AC. Straty mocy na ulot  przy takim samym napięciu AC (skuteczne) i DC w linii DC są około dwukrotnie mniejsze. Optymalne straty mocy w linii DC są około 3.5% na 1000 km linii.
    
 Ponieważ koszt konwerterów AC/DC  stacji końcowych HVDC jest wysoki obecnie opłacalna jest linia HVDC o długości ponad 1000 km. Tej lub większej długości linią Polska może być zasilana importowaną energią elektryczną z elektrowni jądrowych w Ukraińskiej SRR i w Rosyjskiej SRR.
Nie widać obecnie innego zastosowania dla tego rodzaju systemu przesyłu energii.
Linią HVDC można połączyć asynchroniczne systemy energetyczne AC.
Linia HVDC może być linią podmorską jako że nie ma problemu z generowaną w wielkiej ilości mocą bierną w kablowej linii AC.  

Ogromne ignitrony zostały w  tym obszarze wyparte przez połączone w dużej ilości szeregowo tyrystory. Są to najmocniejsze tyrystory HV jakie w ogóle są w świecie produkowane.
Wadą tyrystorowych sterowanych fazowo konwerterów z naturalną komutacją sieciowa (LCC – Line Commutated Converter ) jest możliwość wystąpienia omawianego już przewrotu falownika oraz konieczność stosowania rozbudowanych potężnych dławików i filtrów harmonicznych dostarczających jednocześnie falownikowi mocy biernej. Mogą one tylko pracować ze sztywnymi sieciami AC ponieważ kąt ochrony (przed przewrotem ) z „elastyczną” siecią jest zbyt duży co uniemożliwia pracę.  
Przesył energii w systemie HVDC jest możliwy tylko między końcowymi punktami A i B ponieważ nie istnieją ( proponowane jest rozwiązanie ) wyłączniki prądu stałego na NN !     
Lamina prawdopodobnie mogłaby wyprodukować potrzebne potężne dyskowe  tyrystory a Cemi potrzebne inne półprzewodniki ale raczej nie ma pilnej systemowej potrzeby na przesył HVDC.
Każdy LCC ( pulsowość m=12 ) ma dwa szeregowo połączone mostki tyrystorów zasilane z uzwojeń D i Y transformatora sieci NN AC. Oczywiście korzystniejsze (mniejsze THD od strony AC i mniejsze pulsacje napięcia DC – to dwie strony tego samego medalu ) byłoby szeregowe połączenie trzech mostków tyrystorowych  zasilanych z odpowiedniego transformatora ale konstrukcja potężnego transformatora z trzema uzwojeniami wtórnymi na NN o koniecznym przesunięciu fazy w zasadzie jest niemożliwa.
Potężne dyskowe tyrystory są chłodzone zdemineralizowaną wodą. W kolumnie między tyrystorami są podobne do nich rozmiarem miedziane wodne radiatory zarazem łączące szeregowo tyrystory.  Rozwiązanie takie czyni rozmiar konvertera sensownym.  

Patent 95. Użycie Warystorów lub prostowniczych diod Lawinowych (Avalanche) do awaryjnego samowyzwalania nadnapięciowego tyrystora bramką.
Z racji użycia wielkiej ilości tyrystorów w LCC HVDC system musi mieć redundancje na wypadek utraty wyzwalania jednego z wielu szeregowo połączonych tyrystorów w każdej gałęzi mostków. Uszkodzenia tyrystorów w obudowie ceramiczno - metalowej zawsze prowadzi do jego zwarcia i jest bezpieczne - Nie zachodzi eksplozyjne rozerwanie obudowy. Szeregowo połączonych jest conajmniej o 1 tyrystor więcej niż napięciowo potrzeba. W momencie załączenia pozostałych szeregowo połączonych tyrystorów tyrystor z niesprawnym układem wyzwalania bramki załączy się nadnapięciowo. Wymiana niesprawnego systemu wyzwalania bramki sprawnego tyrystora lub uszkodzonego tyrystora  odbędzie się w czasie planowanego odstawienia.
Omówiono też testy i selekcje warystorów i diod prostowniczych Avalanche oraz test kompletnego samowyzwalającego się klucza...

Patent 96. Układ zasilania drivera bramki tyrystora w systemie HVDC.
Ponieważ napięcie HVDC dochodzi do 500 KV tyrystor i jego driver pracują pod ogromnymi napięciami AC+DC, dostarczenie tam driverowi bramki energii jest bardzo trudne ale wykonalne...

Patent 97. Driver bramki  tyrystora w systemie HVDC z odbiornikiem sygnału ze światłowodu...  

Patent 98. 2CB+PTC jako wyłącznik CB dla systemu HVDC.
Obecne systemy HVDC łącza tylko dwa konwertery ponieważ nie ma wyłączników DC na NN.
Dzięki opisanemu wyłącznikowi staje się możliwa wielość Zródeł i Odbiorników w linii HVDC lub w całym systemie a nie jednej linii.
 Tak jak możliwa jest produkcja potężnych warystorów na NN tak wykonalne są potężne pozystory. Są to nawet trochę podobne technologie...

Polska walka z korupcja wsrod politykow i sedziow kuleje

 Polska walka z korupcją wśród polityków i sędziów kuleje. "Wdrożono tylko 36 proc. zaleceń"
https://www.bankier.pl/wiadomosc/Polska-warka-z-korupcja-wsrod-politykow-i-sedziow-kuleje-Wdrozono-tylko-36-proc-zalecen-8756370.html
"Polska wdrożyła tylko 36 proc. zaleceń ws. przeciwdziałania korupcji wśród polityków, sędziów i prokuratorów i zaledwie 9,5 proc. zaleceń ws. walki z korupcją w urzędach i organach ścigania – powiedział PAP Marin Mrczela, prezes Grupy Państw Przeciwko Korupcji (GRECO).
W czwartek powołana przy Radzie Europy GRECO przedstawiła wyniki corocznego raportu o zapobieganiu korupcji w państwach należących do grupy; w jej skład wchodzi dzisiaj 48 krajów, w tym państwa europejskie, USA i Kazachstan.

W dokumencie oceniono stopień wdrożenia zaleceń GRECO dotyczących zapobiegania korupcji wśród polityków, sędziów, prokuratorów oraz w administracji centralnej i organach ścigania. Chodzi m.in. o zalecenia dotyczące przestrzegania kodu postępowania, regulacji dotyczących lobbingu czy zachowania przejrzystości procesów legislacyjnych.

W rozmowie z PAP prezes GRECO i sędzia sądu najwyższego Chorwacji Marin Mrczela przyznał, że tegoroczny raport pokazał wyraźny spadek, jeśli chodzi o stopień wdrażania antykorupcyjnych zaleceń, zwłaszcza w odniesieniu do parlamentarzystów i członków rządów. Nieco skuteczniej z korupcją walczy środowisko sędziowskie, prokuratorskie oraz organy ścigania, chociaż i to nie jest regułą.
Na przykład Polska znalazła się na liście państw o najwyższym odsetku niezrealizowanych zaleceń GRECO ws. przeciwdziałania i walki z korupcją. W Polsce do końca ub. roku w pełni wdrożono tylko 36 proc. rekomendacji dotyczących zapobiegania korupcji wśród posłów, członków rządu, sędziów i prokuratorów. Zrealizowano jeszcze mniej, bo jedynie 9,5 proc., zaleceń dotyczących walki z korupcją i promowania uczciwości w urzędach i organach ścigania.“To nie jest wynik, z którego Polska i w ogóle jakikolwiek kraj powinien być dumny” – powiedział PAP Mrczela. Dodał jednak, że kiedy przedstawił we wtorek ustalenia raportu podczas spotkania ministrów Rady Europy, polski ambasador był jednym z tych polityków, którzy wyrazili pełne wsparcie dla pracy GRECO i poparli wdrażanie zaleceń.

„Jestem pewien, że polskie władze zdają sobie z tego sprawę i zrobią, co w ich mocy, żeby przyjąć rekomendacje” – powiedział prezes organizacji.

Mrczela zaznaczył, że GRECO nie jest organizacją polityczną i nie ocenia, jaki system polityczny lub która partia rządzi w danym kraju, a jej celem jest jedynie ocena tego, czy dane państwo skutecznie zapobiega i walczy z korupcją, do czego zresztą wszystkie państwa się zobowiązały, nie tylko wstępując do Rady Europy, ale także przystępując do GRECO.

„Realizowanie zaleceń jest ważne, ponieważ poprawia zaufanie do instytucji, to kwestia ich wiarygodności. Jeśli np. wysoko postawieni politycy przestrzegają wyśrubowanych standardów uczciwości, to jest duża szansa, że obywatele będą robili tak samo. Jeśli natomiast parlamentarzyści, sędziowie lub prokuratorzy będą skorumpowani, to inni będą myśleli +skoro to jest w porządku, to ja też mogę być nieuczciwy+” – podkreślił w rozmowie z PAP Mrczela."

Laboratorium zaawansowanej elektroniki i automatyki 128

 Laboratorium zaawansowanej elektroniki i automatyki 128

AI
 Korelacja nie dowodzi istnienia związku przyczynowo – skutkowego ale jednak określa prawdopodobieństwo jego istnienia. W badaniach korelacja jest najczęściej wszystkim co początkowo mamy !
Najbardziej zaawansowane modele statystyczne używające AI  są wciąż głównie korelacyjne ! Model przyczynowy dalej jest fundamentem poznania świata !

 O pozycji kraju w światowej hierarchii i o zdrowym poziomie wynagrodzeń w całej gospodarce decyduje sektor dóbr handlowalnych międzynarodowo. Stąd mądre rządy jak tylko mogą wspierają firmy mające nowoczesny eksport.
Zobaczmy zatem (AI) na czym zarabia polska klasa średnia: Nowa polska klasa średnia wyrosła głównie wokół pieniędzy i długów rządowych i samorządowych oraz dotacji unijnych.
Zamiast wysokiej technologi jest wysoka korupcja ! Ręce nie mają gdzie opaść.
Zatem obecny model rozwoju prowadzi na manowce.

 Ulewy i powodzie były są i będą. Trudno jest nad żywiołem zapanować ale można mocno zmniejszać straty.
Co będzie jak na górzystym południu Polski zetniemy lasy na zboczach ? Powódź co jakiś czas !
„Tymczasem porządny las działa jak bardzo skuteczna gąbka. Woda utrzymywana jest w roślinach,
w glebie, ściółce, martwym drewnie i tzw. denrdotelmach, czyli zagłębieniach drzew, a także
w powietrzu, które pod okapem koron jest znacznie bardziej wilgotne. Te właściwości lasu są
znane leśnikom powszechnie.
Drogami zrywkowymi, które ciężki sprzęt służący do ścigania wyciętych drzew, wyżłobił w
zboczach gór i pagórków, podczas deszczu woda spływa jak rynną.
To rotacyjne działanie lasu polega głównie na korzystniejszym niż w terenach nieleśnych
dzieleniu odpływu pomiędzy szybki spływ powierzchniowy, a na ogół wielokrotnie wolniejszy
spływ podpowierzchniowy. Gleba leśna, dzięki głębokiemu przerośnięciu korzeniami, obfitej
próchnicy, dużej ilości organizmów, odznacza się korzystną strukturą, przeciętnie większą
porowatością i pojemnością wodną niż gleba pól czy pastwisk. W czasie deszczu chłonie wodę,
oddając ją po dłuższym czasie w źródłach, młakach lub innych wypływach wód gruntowych”

Las absorbuje do 20-30 mm jednorazowego opadu i dużo więcej opadu ciągłego o małej intensywności.

https://salesforcedevops.net/index.php/2024/08/19/ai-apocalypse/
Nowy raport RAND Corporation ujawnia otrzeźwiającą rzeczywistość stojącą za projektami sztucznej inteligencji (AI): pomimo szumu większość z nich zawodzi.
"W niektórych szacunkach ponad 80 procent projektów AI nie udaje się" - czytamy w raporcie. Jest to dwukrotność i tak wysokiego wskaźnika niepowodzeń w korporacyjnych projektach informatycznych (IT), które nie wiążą się ze sztuczną inteligencją. Wraz ze wzrostem inwestycji sektora prywatnego w sztuczną inteligencję od 2013 do 2022 roku, stawki są wyższe niż kiedykolwiek.
Żart mówi że Sztuczna Inteligencja niewiele na razie różni się od Naturalnej Głupoty. Po wprowadzeniu komputerów zatrudnienie po urzędach wzrosło 2-3 razy. Może AI podniesie je 5 razy ?  

Dane pokazują, że całkowita liczba miesięcznych wizyt na stronie ChatGPT gwałtownie spadła od wiosny do połowy lata 2024.
Implozja w comiesięcznych wizytach nie oznacza końca OpenAI. Klienci są znudzeni GPT-4 lub grawitują do innych dużych modeli językowych takich jak xAI Grok. Realna jest możliwość, że niektórzy użytkownicy nie znaleźli potrzeby integracji chatbotów w swoim codziennym życiu.

Jest dużo potencjalnych sensownych zastosowań AI. Mogła by ona na przykład kontrolować wypowiedzi polityków w różnych sytuacjach.
Były brytyjski premier, Boris Johnson, padł ofiarą rosyjskich pranksterów - Władimira Kuzniecowa (Wowana) i Aleksieja Stoliarowa (Lexusa). Johnson rozmawiał z nimi myśląc, że rozmawia ze znanym francuskim ekonomistą i politykiem Jacquesem Attalim.
Mówił o III wojnie światowej !
https://www.rp.pl/konflikty-zbrojne/art41072101-boris-johnson-ofiara-rosyjskiego-zartu-myslal-ze-rozmawia-z-francuskim-ekonomista

Czy Sztuczna Inteligencja pomoże sędziom ?
61 % prawników uważa , że sztuczna inteligencja może być efektywnym wsparciem w orzekaniu i odblokować sądownictwo z dużej ilości spraw. 11 % ekspertów jest przeciwnego zdania.

 W czasach PRL kpiono z Nowomowy. Teksty z tabeli można było dość dowolnie łączyć otrzymując prawie nieskończoną ilość tasiemcowych zdań Nowomowy.  
https://wysokienapiecie.pl/104102-krotki-poradnik-przygotowywania-opisow-transformacji-energetycznej/
Ciągle powstają nowe strategiczne dokumenty dotyczące transformacji energetycznej. Prof. Konrad Świrski pokazał jak proces ten można znacznie uprościć, a nawet całkowicie zautomatyzować.
"W poniższej tabeli zestawiono gotowe frazy, które można dowolnie łączyć (każdą część z odpowiednich kolumn), tworząc w ten sposób finalny dokument. W dalszej części opisano drogę do pełnej automatyzacji tego procesu..."
Przykład strategi wynenerowanej przez AI
"Aktualny stan działań związanych z transformacją energetyczną w Polsce.

Obecnie w Polsce trwają prace nad usuwaniem barier związanych z transformacją energetyczną. Prowadzone są kompleksowe analizy dotyczące możliwości rozwoju energetyki odnawialnej, ze szczególnym uwzględnieniem fotowoltaiki oraz energetyki wiatrowej onshore i offshore. W bieżącym kwartale realizowane są prace analityczno-koncepcyjne, których celem jest wdrożenie odpowiednich ustaw, umożliwiających stopniowe odejście od paliw kopalnych, zwłaszcza węgla.

Równolegle rozpoczęto robocze rozmowy dotyczące przygotowania kompleksowych planów obniżenia emisyjności energii w przemyśle. W nadchodzących miesiącach planowane są działania zmierzające do rozpoczęcia projektów związanych z energetyką jądrową, a także rozwinięcie korzystnych warunków dla rozwiązań energetyki rozproszonej i prosumenckiej. Do końca roku zaplanowano konsultacje z wybranymi podmiotami, które mają na celu optymalizację cen energii, szczególnie dla sektora energochłonnego.

Na początku przyszłego roku odbędą się szeroko zakrojone konsultacje publiczne, które obejmą pełny zakres propozycji usprawnień rynku energii. W kolejnych miesiącach przewiduje się rozpoczęcie procesu legislacyjnego mającego na celu przyspieszenie optymalnego rozwoju sieci energetycznych oraz systemów magazynowania energii. Transformacja energetyczna w Polsce jest złożonym procesem, który wymaga wieloaspektowych działań i zaangażowania różnych interesariuszy."


Archiwum. EnergoPatent  
Tranzystor bipolarny i uwagi
 Tranzystor bipolarny lata dynamicznego rozwoju ma już za sobą.
Częstotliwość graniczna tranzystorków w najszybszych układach ECL przekracza 10 GHz a w wyspecjalizowanych dzielnikach częstotliwości dochodzi do 20 GHz ( Uceo wynosi ca 4V ) ale w technologi bipolarnej nie da się wytworzyć procesora 32 bitowego a nawet 16 bitowego. Era bipolarnych układów cyfrowych właśnie się kończy

 Ponieważ ceny niskonapięciowych tranzystorów Mosfet spadają to tranzystory bipolarne na napięcia 50-100 V niedługo przestaną być konkurencyjne. Gęstość prądu bipolarnych tranzystorów HV jest jednak dużo większa od Mosfetów i tu są mocną konkurencją.

 W amerykańskiej serii 2NXXXX  standardowych wielozródłowych ( mowa o wielu producentach ) tranzystorów na początku lat siedemdziesiątych numery przekroczyły 6000. Rozmaitość jest tu jednak pozorna. Poselekcjonowany chip tranzystora germanowego mocy dawał 12 typów tranzystorów 2NXXXX. Chip tranzystora Darlingtona umieszczony w różnych obudowach (czyli Pmax) i poselekcjonowany na różne napięcia Uceo i prąd Ic (przy określonym wzmocnieniu ) daje aż 32 typy tranzystorów w seriach 2N, BD i pod innymi nazwami.
Popularny tranzystor w obudowie metalowej 2N2222 to 2N4401 w obudowie plastikowej TO92.

 Siłą nabywcza przeciętnego wynagrodzenia na „Zachodzie” liczona w tranzystorach jak BC cały czas rośnie. Użycie obudów plastikowych dało skokowy spadek ceny tranzystorów.
W ofercie koncernu Siemens – RFN  najtańsze masowe tranzystory BC są przy ilości 1000 pcs po 0.108 DM. Za średnią płacę  2000 DM na miesiąc można więc kupić około 18 tysięcy tranzystorów ale ceny negocjowane w potężnych ilościach przemysłowych przez koncerny produkcyjne są raczej znacznie niższe     
Standardowe tranzystory produkowane są na automatycznych liniach w ogromnych ilościach. Mikroelektronika pozwoliła na automatyzacje a automatyzacja stosowana jest produkcji mikroelektroniki. Działa systemowe dodatnie sprzężenie zwrotne w produktywności mikroelektroniki.

 W Japonii standardowe serie tranzystorów bipolarnych oznaczone są 2SAxxxx i 2SBxxxx PNP oraz  2SCxxxx i 2SDxxx NPN. Tylko japońskie koncerny produkują liniowe tranzystory mocy o dużym obszarze bezpiecznej pracy SOA i wysokiej częstotliwości granicznej przeznaczone do wzmacniaczy mocy klasy top Hi-Fi. W istocie tranzystor wykonany jest jak układ scalony i ma wiele połączonych równolegle małych tranzystorków.

 Zachowanie tranzystora wysokiego napięcia HV jako klucza jest mocno złożone. Częstotliwość Ft przy maksymalnym prądzie kolektora może być 10 razy mniejsza niż przy prądzie optymalnym dla Ft.
 Obecnie normy międzynarodowe (IEC) definiują dla tranzystorów bipolarnych ich dynamiczne własności jako kluczy czasami:
-Czas opóźnienia załączenia Td, Delay
-Czas narastania prądu Tr, Rise
-Czas wyjścia z nasyceni lub magazynowania Ts, Storage
-Czas opadania  Tf , Fall
 Czasy Tr i Tf mierzone są między 10 i 90 % oraz 90 i 10%  wartości ustalonych prądów kolektora. Czasy te są dobrą informacją tylko dla tranzystorów niskonapięciowych. W czasów tych przy obciążeniu indukcyjnym nie wynikają dokładnie energie strat Eon na włącznie i Eoff na wyłączenie.
Czasy te są mało adekwatne do tyrystorów GTO i tranzystorów IGBT  w których występuje efekt przeciągania prądu.
W przypadku kluczy energoelektronicznych o wiele lepsze byłoby podawanie energii strat na włączanie Eon z współpracująca w półmostku diodą i indukcyjne wyłączanie Eoff oraz efektu snubberów dv/dt i di/dt.

 Obecnie tranzystory mocy wykonywane są głównie prostą technologią „Triple Diffused” Mesa. Wypolerowany krążek krzemowy ( jego grubość zależy od napięcia Uceo ) N- od strony przyszłego kolektora dyfuzyjnie domieszkowany jest do N+ a od strony bazy do P.
W tranzystorach LV grubość kolektora N- może być 5 um a w typach HV wynosi 50-100 um a nawet więcej! Gruby kolektor odpowiada za obszar quasi nasycenia i za „głębokie dziury”. Tranzystor HV jest w zachowaniu dalece odmienny od typów LV. Im większe jest Uceo tym tranzystor ma mniejsze Ft, jest wolniejszy i ma coraz większy obszar quasinasycenia.
Następnie tylko odsłonięty maską fotolitograficzną obszar B jest domieszkowany do N+ czyli emitera. Po wykonaniu selektywnej metalizacji mamy tranzystor. Po pocięciu na indywidualne struktury brzegi Mesa są odsłonięte i taki tranzystor może być zamontowany tylko w metalowej obudowie hermetycznej. Wykonanie Glass Passivation (GP) nie jest trudne ale jednak komplikuje technologie i obniża uzysk. Strukturę z GP można zamontować w taniej obudowie plastikowej, którą można już montować na PCB i radiatorze automatycznie podczas gdy ręczny izolowany montaż metalowych obudów TO3 i TO66 na radiatorze jest szalenie pracochłonny.
   
 W obszarze aktywnym ( bez niedawnego nasycenia ) częstotliwość graniczna Ft rośnie z napięciem Uce osiągając największe wartości  przy średnich prądach – optymalny dla Ft prąd trochę rośnie z Uce.
   Rodzina (2N3724, 3725, 4013, 4014 )  z 1965 roku ( szok ! ) szybkich planarnych tranzystorów przełączających dotowanych złotem wokół podstawowego typu 2N3725 o Uceo=50V (= europejski BSX59 i polski BSXP59 ale Uceo=45 V ) przeznaczona była do wybierania w matrycach pamięci ferrytowych. Z Ic=80 mA przy Uce >10V Ft dochodzi do 475 MHz. Ale z Ic=1000 mA i Uce>4V Ft przekracza sporo 100 MHz czyli uzyskanie szybkiego klucza jest możliwe także przy dużym prądzie!

 Wzrost Ft wraz z Uce tłumaczy spadek szybkości wyłączania prądu Ic przy zastosowaniu snubbera dv/dt co doskonale pokazano dalej na wykresach dotyczących tranzystora BUX48(A). Jednak niewielkie pojemnością snubbery dv/dt w przypadku BJT mocno ograniczają straty dynamiczne w tranzystorach bipolarnych w przeciwieństwie do GTO i IGBT z efektem przeciągania.
Proste modele fizyki nie tłumaczą całej złożoności zachowania tranzystora HV. W tranzystorach wysokonapięciowych ( HV, tu umownie Uceo>>200V ) występuje uciążliwe Quasinasycenie i Głębokie dziury. Chcąc uzyskać bardzo pożądane ( straty mocy i oszczędny Snubber dv/dt ) szybkie wyłączenie tranzystora czyli mały czas Tf  i niewielki oraz mały stały czas Ts nie może być wcześniej nasycony a nawet mocno quasinasycony bo przy próbie szybkiego wyłączenia dużym prądem bazy -Ib objawi się szkodliwe i niebezpieczne przeciąganie prądu kolektora. W tranzystorach na małe napięcia Uceo efekt taki nie jest rażący ale jest jego namiastka.
To że czas Ts wyjścia z nasycenia zależy od głębokości nasycenia jest znane i oczywiste.     
Ale jak widać z wykresu (dalej 2N3725) głębokość niby byłego już (!) nasycenia ma też wpływ na szybkość wyłączenia Tf. Przy prądzie kolektora Ic=500 mA  z Ib+=50mA (tranzystor jest już nasycony) czas opadania wyłączania Tf=5 ns otrzymujemy przy Ib-=90 mA ale przy  Ib+=80 mA ( głębsze nasycenie ) dla takiego czasu opadania potrzebny jest aż Ib-=200 mA ! Czyli to nasycenie jest pozornie byłe ale tranzystor to jeszcze zanikająco pamięta w swoim kolektorze.
Przy prądzie kolektora 800 mA sytuacja jest jeszcze gorsza.

Głębokie dziury są uciążliwe i podstępne. Tranzystory Mosfet pracują tylko z nośnikami większościowymi i dziur tam nie ma ale mają one zintegrowaną monolitycznie pasożytniczą „diodę” antyrównoległą. Taka jest ich uroda technologiczna. Ta dioda to tranzystor NPN pracujący inwersyjnie z małą opornością między B-E. Z rosnącym napięciem nominalnym Uds „dioda” ta jest coraz wolniejsza i w końcu straszliwie powolna.
 Gdy HV Mosfet przewodził „diodą” wstecznie i zmienił się znak prądu to po szybkim wyłączeniu go bramką Mosfeta dalej przewodzi tranzystor-”dioda” NPN. Wyłączenie jest powolne a przy tym niebezpieczne bowiem może być poza obszarem SOA tranzystora bipolarnego -”diody” NPN !
Tak więc Power Mosfet ma faktycznie dwa wykresy SOA !

 Szybkie wyłączanie tranzystora bipolarnego HV otrzymany tylko bez jego nasycenia a szczególnie głębokiego nasycenia. Bez nasycenia dopuszczalny obszar RBSOA (Reverse Bias czyli z ujemnym prądem / napięciem Bazy ) jest szerszy niż z nasyceniem. Z nasyceniem RBSOA jest nawet węższy niż FBSOA !
W SMPS sterowanie proporcjonalne Baz tranzystorów  transformatorkiem prądowym ( jest on mały nawet dla dużych mocy ) na granicy nasycenia  jest godne polecenia z kilku powodów. Stosunkowo łatwa jest konstrukcja konwertera sporej mocy o ile oczywiście dysponujemy odpowiednimi tranzystorami. Pobór mocy przez stopień sterujący może być mały i to mimo małego wzmocnienia prądowego tranzystorów-przełączników !

Na wykresach pokazano omawiane cechy HV BJT BUX48(A) o Uceo=400/450V i Ic=15A

 Awaryjnie bardzo daleko poza roboczy obszar SOA tranzystora można wyjść tylko skończoną ilość razy i zawsze z przerwą po takim stresie. Thomson-CSF takich „awarii” w życiu tranzystora BUX48(A) dopuszcza 3 tysiące.

Pokazany katalogowy driver jest prosty ale jego wadą jest niepotrzebnie duży pobór mocy zasilania!

 Bez nasycenia przy słabym quasinasyceniu można od razu do B-E tranzystora HV podać wyłączające napięcie -5V uzyskując bardzo krótki czas opadania prądu Tf. Dla konkurencyjnego tranzystora Motoroli 2N6837 450V/20A przy dużych prądach czas Tf wynosi około 40 ns a wyłączający ujemny prąd bazy dochodzi do 2/3  prądu kolektora czyli driver musi być bardzo wydajny !

 W tranzystorze Darlingtona pierwszy mniejszy ( 3 do 8 razy ) tranzystor steruje bazę drugiego większego tranzystora.
Są dwa rodzaje tranzystorów Darlingtona:
-Do zastosowań powolnych czyli liniowych przy małych napięciach i HV do zapłonu samochodowego. Mają one powolną monolityczną diodę antyrównoległą. Mają dość duże wzmocnienie prądowe. Do inverterów zupełnie się nie nadają.
-Szybkie Darlingtony mają diodę równoległą do B-E pierwszego tranzystora lub bez diody wyprowadzoną także B2. Albo nie mają diody antyrównoległej lub mają osobną diodę Ultra Fast zamontowaną razem w obudowie.
Rzekomo najlepsze tranzystory Darlingtona do inverterów produkuje koncerny Japonii i francuski Thomson CSF.  Tranzystor BUV74(A) z dwoma chipami ma Uceo 400(600) V i Ic=36 A. Ma antyrównoległą diodę Ultra Fast. Czas Tf wynosi około 100 ns ! Słabszy BUV54(A) z jednym chipem tranzystora ma Ic=18A.
   
  Ponieważ załączony i nasycony pierwszy tranzystor Darlingtona ma w przybliżeniu oporność (Rce) to drugi duży tranzystor z napięciem Ucb>0  jest na granicy quasinasycenia i zdolny jest do szybkiego wyłączenia bez przeciągania. Ale aby wyłączył się też szybko pierwszy tranzystor czyli cały klucz to nie może być nasycony co powoduje że napięcie przewodzenia Uce całego klucza jest trochę większe ale w sumie niewiele większe ! Za to statycznie prąd sterowania bazy klucza jest mniejszy i mniejszy jest pobór mocy z pomocniczych zasilaczy dla driverów kluczy  co ma duże znaczenie.
  Przy przewodzeniu diody antyrównoległej klucza nie wolno mu podać prądu Ib+ bazy bo powoduje to w pierwszym tranzystorze Darlingtona efekt taki jak nasycenie i tworzy „głębokie dziury” a napięcia Ube muszą być zerowe lub lepiej ujemne ! Układ zapobiegający nasyceniu klucza zapobiega też szkodliwemu jego wysterowaniu przy przewodzeniu diody antyrównoległej klucza.  
Wzmocnienie prądowe tranzystorów szybko spada z napięciem Uceo. Dla napięć powyżej 700-800 V Darlington jest potrójny aby prąd Ib+ sterowania bazy miał rozsądną wartość.

 W obudowie metalowej TO3 udaje się  umieścić niskonapięciowy tranzystor o Ic=60A i wysokonapięciowy 36 A. Zamontowane są w obu przypadkach po 2 równolegle połączone, sparowane  chipy.
Japońska Toshiba na początku lat '70  oferowała tranzystory o Ic=60A w powiększonej o circa 30% obudowie jak  TO3 ale  dojrzały „Giant transistor” Toshiby o dużym prądzie Ic w izolowanej obudowie modułowej pojawił się w 1975 roku. Obecnie japońskie koncerny oferują moduły półmostków i mostków trójfazowych mocy z tranzystorami Darlingtona ( dla Uceo>800 V  trzystopniowymi ) zasilane wyprostowanym sieciowym napięciem trójfazowym. Łączonych jest równolegle wiele selekcjonowanych struktur tranzystorów o Ic<16A i ultraszybkich diod antyrównoległych. Moduły te objęte są kontrola eksportu do krajów RWPG czyli embargiem.
Do izolacji chipów mocy stosowany jest BeO lub tańsza tańsza ale gorsza ceramika Al2O3.
Firmy ZSRR mają opanowaną technologie „BeO - tlenku berylu” stosowaną do izolowanego montażu najmocniejszych (do tranzystorów mniejszej mocy wystarcza płyta alundowa Al2O3 ) chipów do metalowej podstawy modułu. Ma on przewodność cieplną zbliżoną do miedzi a jest przy tym znakomitym dielektrykiem nawet w zakresie mikrofalowym. BeO stosowany jest w szeregu ważnych technologii !
Teoretycznie można by skonstruować zautomatyzowaną maszynę do montażu wielu struktur wysokonapięciowych tranzystorów / Darlingtonów na 16 A i ultraszybkich diod w module trójfazowego mostka sterowanego sygnałem PWM. Jednak żaden z krajów RWPG   wysokonapięciowych tranzystorów / Darlingtonów i ultraszybkich diod niestety nie produkuje choć teoretycznie firmy NRD i ZSRR zdolne są podjąć taką produkcje.
Gdy równolegle łączonych jest kilka struktur tranzystorów zastosowanie zwykłych (nie Darlingtona ) tranzystorów połączonych w Darlingtona wymaga 1 struktury więcej co nie jest wielką wadą.
O ile magiczny tlenek berylu BeO jest drogi i dla Polski niedostępny to płytki ceramiczne alundowe Al2O3 są tanie i dostępne.
Chip o powierzchni 18 mm2 w obudowie TO220 ma Rthjc=1.2 C/W a zamontowany w tej obudowie na płytce ceramicznej o grubości dającej izolacje na 2500 Vrms ma Rthjc=2.1 C/W. Ale w przypadku obudowy nieizolowanej dochodzi jeszcze oporność cieplna podkładki izolacyjnej. Rzekomo koszt dodatkowych operacji w produkcji do zamontowania chipa na ceramice i jej do metalu obudowy jest bardzo niewielki.
„Całoplastikowa”, izolowana obudowa TO220 to typ SOT186. W produkcji obudów całoplastikowych dominuje Japonia dlatego ze łatwe jest zautomatyzowanie produkcji z użyciem tych elementów bowiem montaż z podkładką izolującą i armatura jest skomplikowany.
Dla inwerterów mniejszej mocy 6 kluczy ( tranzystor z antyrównoległą diodą UF ) w obudowach izolowanej TO220 lub SOT186 też jest dobrym rozwiązaniem. Hurtem do radiatora mogą być dociśnięte stalową listwą.  

 Prymitywne tranzystory germanowe mocy pojawiły się już w 1953 roku.
Pierwsze publikacje analizujące trywialne przetwornice tranzystorowe są z USA z 1955 roku a ze Związku Radzieckiego  z 1957 roku.
  Tranzystory „wysokonapięciowe” pojawiły się pod koniec lat sześćdziesiątych. Ich prądy kolektora cały czas rosły aż do 15A (na jeden chip ) a napięcia Uceo/Ucbo szybko zatrzymały się na maksymalnym poziomie 700/1500 V ( rzadko 1700 V) dla tranzystorów mocy pracujących w stopniu odchylania poziomego odbiorników kolorowych.
Ponieważ wzmocnienie prądowe tranzystorów wysokonapięciowych jest bardzo małe w układach konwerterów ( przetwornice i SMPS ) większej mocy polecane jest stosowanie  sterowania proporcjonalne prądu bazy Ib do prądu kolektora Ic.   

 Zjawisko lokalnej koncentracji mocy na powierzchni chipa tranzystora skutkujące ewentualnie II Przebiciem (= SB Second Breakdown ) zauważono  już pod koniec lat pięćdziesiątych. Znakomicie ilustrują je zdjęcia z kamer termograficznych. Oryginalny tranzystor mocy z początka lat sześćdziesiątych  2N3055 ma bardzo duży obszar  SOA ale jest drogi w produkcji i ma marne parametry.
Stała fizyczna krzemu dyktuje iloczyn Uceo x Ft ogranicza szybkość pracy tranzystorów wysokonapięciowych ale realne produkty są od niej jeszcze bardzo daleko.  
Już obecnie teoretycznie można wykonać o wiele szybsze bipolarne tranzystory wysokonapięciowe  ale logika rynku, że lepsze wypiera dobre, implikuje że  musi być efektywny popyt na nowe produkty. Koncerny wszakże ze sprzedaży wyrobów finansują kosztowne badania i inwestycje !

  Norma – publikacja IEC134 „Maximum Rating Systems” definiuje pojęcia parametrów maksymalnych dla elementów elektronicznych i daje im oznaczenia.
 
 Fizykę zjawisko drugiego przebicia (Second Breakdown) w tranzystorze bipolarnym wyjaśniano od 1962 roku i wyjaśniono po 1966 roku.
Na drugie przebicie składa się:
-Dodatnie elektro - termiczne sprzężenie zwrotne prowadzące do lokalizacji wydzielania mocy na coraz mniejszej części chipa tranzystora
-Efekt tunelowy
-Powielanie lawinowe
Jeśli natychmiast po inicjacji  II SB nie przerwiemy dostarczania energii to tranzystor zostanie trwale zniszczony prowadząc zarazem do zwarcia obwodu C-E w układzie gdzie pracuje.  
Statyczny i dynamiczny obszar bezpiecznej pracy tranzytów podawano już na wykresie w latach pięćdziesiątych. Pod koniec lat sześćdziesiątych wypuszczono pierwsze tranzystory mocy na zakres UHF z monolitycznymi rezystorami wyrównawczymi w emiterach co pozwoliło poszerzyć obszar SOA i polepszało liniowość tranzystorów.  Początkowo SOA statyczny i impulsowy określano liniami ciągłymi na wykresie Ic(Uce, Tp jako parametr) a następnie obszar definiowano odcinkami na wykresie log-log gdzie stałej mocy odpowiada odcinek nachylony pod kątem 45 deg.

 Na obszar SOA przyrządu ma wpływ sama wyprodukowana struktura ale też poprawność jej przylutowania do metalu / ceramiki obudowy ! W miejscu gdzie chip nie może odprowadzić ciepła do metalu obudowy prawdopodobnie rozpocznie się proces mogący prowadzić do II przebicia.
Producenci na podstawie testów tysięcy tranzystorów (punkty na wykresie ) ustalają im katalogowy obszar SOA ! Dla większości egzemplarzy winien być on (i od dobrych producentów jest !) faktycznie szerszy.    
Statycznie do pewnego napięcia Uce można w tranzystorze wydzielać pełną nominalną moc. Moc wydziela się w miarę równomiernie na powierzchni całego chipa czego dowodzą zdjęcia z termokamery.  Napięcie to wynosi 4-100 V i jest znacznie mniejsze od Uceo. Obecnie nowoczesne tranzystory mocy z reguły mają to napięcie około 30 V. Powyżej tego napięcia moc spada tym szybciej im mocniej jest nachylony odcinek wykresu SOA i moc coraz bardziej koncentruje się na fragmencie chipa. Tylko koncerny Japonii produkują tranzystory mocy gdzie to napięcie wynosi aż do 100 V. Są one jednocześnie liniowe i mają wysoką częstotliwość graniczną Ft.
W przypadku tranzystorów HV przy rosnącym Uce odcinków ograniczających SOA może być więcej  
Dla nowoczesnego tranzystora 2N6836 ( 450 V, 15 A, 175 W ) statycznie pełną moc można wydzielić do napięcia Vce ca 50 V co jest dobrym wynikiem. Przy napięciu 100 V można wydzielić moc zaledwie 30 W. Kolejny odcinek ma mniejsze nachylenie ale i tak przy Vceo=450V można wydzielić moc tylko 9W.
Wykres FBSOA dla pracy impulsowej jest tu ubogi bowiem ma tylko dwa czasy impulsu 1 ms i 10 us.
Przy napięciu Uceo z prądem Ic impuls może maksymalnie trwać 10 us i to jest częsty „standard” dla tranzystorów wysokonapięciowych HV.
Jeśli przed wyłączeniem tranzystora nie był on nasycony to obszar szybkiej trajektorii RBSOA  (RB – Reverse Bias mowa o Ube ) jest poniżej Uceo tożsamy z FB ( najszerszy impulsowy FB czyli Forward Bias ). Ale gdy było nasycenie to przy napięciu mniejszym od Uceo obszar z RB jest węższy niż FB co jest bardzo złe i ograniczające ! Pokazuje to wysoką szkodliwość nasycenia ( deep hole ) przed wyłączeniem. Na wykresie zastrzeżono przy tym że wzmocnie miało być > 4 czyli nasycenie nie mogło być głębokie ! 

Popularny tranzystor BU208A (obecnie już w obudowie plastikowej TOP3 jako BU508A ) do stopnia końcowego odchylania poziomego H-Out i SMPS wykonany jest popularną i tanią technologią  Mesa Triple Diffused. Część producentów produkuje go nadal w starej wersji (1971) gdzie brzegi chipa Mesa zabezpieczone są gumą silikonowa. Mają one dopuszczalną moc jedynie 12.5 W mimo iż oporność cieplna Rthjc wskazuje na Ptot 80W. W nowszej wersji zastosowana jest Glass Passsivation. Ma ona szerszy obszar SOA a Ptot wynosi oczekiwane 80W.
Na rysunku pokazano stary model i nowy model tranzystora mocy Mesa. Glass Passivation stała się popularna także w produkcji diod.

Znów przy maksymalnych Uceo i Ic maksymalny czas impulsu wynosi 10 us. Energia impulsów o czasie trwania 100, 500, 20 i 10 us  jest prawie stała w funkcji Uce oczywiście aż do maksymalnego prądu kolektora. 

Impulsowy obszar pracy bezpiecznej rośnie wraz ze spadkiem czasu impulsu.   
Thomson dla części swoich wysokonapięciowych tranzystorów mocy podaje rozszerzony obszar SOA incydentalno - awaryjny w którym tranzystor może się znaleźć tylko 3000 razy w swoim całym życiu.

 Pozwalająca ocenić niezawodność ( failure rate ) sprzętu elektronicznego norma/książka  MIL-HDBK-217C „RELIABILITY PREDICTION OF ELECTRONIC EQUIPMENT” bierze pod uwagę wielość czynników. Okazuje się jednak że dla tranzystorów mocy wzięcie pod uwagę jako mnożników skracających życie  tylko dwóch czynników - „temperatury lokalnej pracy chipa” i „napięcia Uce” daje bardzo dobre wyniki oceny niezawodności. Użyto cudzysłowów ponieważ przecież są to w pracy przełącznikowej kluczy pojęcia trochę niejasne lub nieostre.

Pomijając dyskusję na słusznością prawa Arheniusa w postaci logarytmicznej ( odwrotnie wykładniczej ) ma ono taką postać:
lnk = lnA - Ea/RT
    k-szybkość reakcji czyli częstość kolizji skutkująca reakcją
    A-czynnik przedeksponencjalny związany z częstością zderzeń skutecznych w danej reakcji,
    Ea-energia aktywacji reakcji,
    T-temperatura bezwzględna,
    R-uniwersalna stała gazowa lub stała Boltzmanna

Zgodnie z prawem Arheniusa Temperatura determinuje też szybkość rozwijania mechanizmu uszkodzenia chipa. Krzywa eksperymentalna jest w przybliżeniu eksponencjalna. Szkodliwość temperatury ( lokalnej temperatury chipa )  trzeba brać z wagą czasu jej występowania. Doświadczalnie zmniejszenie przyrostu temperatury ponad T otoczenia =25C o połowę w stosunku do Tjmax dziesięciokrotnie zmniejsza mnożnik temperaturowy zawodności.
Napięcie pracy przyśpiesza rozwój niestabilności powierzchniowych i migracje jonów zabrudzeń uwięzionych w pasywacji do chipa. Obniżenie napięcia do 78% nominalnego podwaja napięciową trwałość tranzystora a do 60% potraja. Tylko w niewielkim zakresie napięć pracy Uce wpływ ten można linearyzować co otwiera drogę do posługiwania się terminem średnim napięciem ! W przeciwnym razie (szczególnie przełącznik) szkodliwość napięcia trzeba brać z wagą czasu ( wypełnienie d% w PWM ) jego występowania.  
Philips podaje na wykresie dane zebrane doświadczalnie o wpływie Temperatury i Uce pracy na niezawodność wysokonapięciowych tranzystorów mocy.

Część źródeł twierdzi że temperaturze ponad 30 C (poniżej tej temperatury manifestuje się duża szkodliwość wilgoci !) oczekiwany czas poprawnej pracy tranzystora (do awarii) spada o połowę przy wzroście „temperatury chipa” o 10C ale w obudowach plastikowych przy wysokich temperaturach ( termiczny rozkład plastiku ) połówkowy wzrost T jest mniejszy i wynosi ca 8 C.
Tranzystory mocy w układach monolitycznych zawsze mają towarzyszący im system ochrony SOA. Dopuszczalna awaryjna lokalna temperatura chipa sięga 240 a nawet 250 C. Tak wysoka temperatura zabezpieczenia  wynika z chęci zapewnienia możliwie pełnego wykorzystania tranzystora mocy w normalnych warunkach pracy.
Maksymalna lokalna temperatura chipa  tranzystora mocy w hermetycznych obudowach „metalowych” wynosi 175-200 C. Przy niewielkich  prądach kolektora z Ucb=0 ( B połączone z C ) napięcie Ube jest użytecznym liniowym  sensorem temperatury.
Objawów starzenia się tranzystora i spodziewanego uszkodzenia  jest wiele - wzrost prądu upływu, spadek wzmocnienia przy dużych prądach itd.
Prace doświadczalne w tym temacie są bardzo proste. Eksperymentalnie na okres 24 godzin przy niewielkim dla  nich Uce ( daleko do Second Breakdown) podano trzem podobnym  tranzystorom w obudowach metalowych (bez radiatorów ) moc przy której temperatury chipów wynoszą ca 250 C. Jeden japoński tranzystor i drugi 2N ( prawdopodobnie z USA ) nie wykazuje żadnych zmian a trzeciemu polskiemu niestety wzrósł prąd upływu i spadło trochę wzmocnienie prądowe ale jest nadal  „katalogowo” sprawny.
„Przeciążane” tranzystory wykazują różne objawy niekoniecznie świadczące o utracie trwałości. W tranzystorach HV (przykład w H-out )   wydzielanie mocy przy wyłączeniu w silnie ujemnie spolaryzowanym  złączu B-E prowadzi do obniżenia wzmocnienia prądowego tylko przy małych prądach Ic co jest jednak bez znaczenie ale rzekomo nie skraca trwałości tranzystora.

Dobrą zasadą dla konstruktorów jest nieprzekraczanie napięcia pracy do 80 % Uceo i 80% Ic. Ale w układach SMPS napięcie przy wyłączeniu tranzystora bipolarnego z Ube<0 czyli w warunkach RBSOA  jest chwilowo większe od Uceo ! Nie wiadomo jak to uwzględnić !

 Wraz z rozdzielczością mikroelektronicznego procesu fotolitograficznego rośnie jego technologiczne wyrafinowanie i komplikacja procesu produkcji.
Polska produkując tylko straszliwie prymitywne tranzystory germanowe kupiła wpierw linie  do produkcji tranzystorów planarnych  KT315 ( =BFP519 ale w innej obudowie ) w ZSRR a następnie już wtedy przestarzałą linie na tranzystory krzemowe BC,BD,BDY i BF i układy scalone od francuskiej firmy Cosem. Rozwój polskiej mikroelektroniki zakończył się w 1977 roku gdy zabrakło dewiz na zakupy technologii na Zachodzie. Wraz z zakupem od RCA fabryki kineskopów kolorowych od RCA w Piasecznie, zaczęło się kupowanie chipów diod, tranzystorów i szybkich tyrystorów do H-Out, które tylko w Polsce są obudowywane i nawet to czasem wadliwie !
Największe napięcie Uceo = 140 V  ma licencyjny tranzystor mocy Mesa BDY25 (23 i 24 to słabsze egzemplarze po selekcji o mniejszym Uceo ) choć oryginalna francuska linia ma jeszcze kolejne typy BDY26,27 i 28 o coraz większym Uceo. Tranzystory te raczej nie mają pasywacji i użycie obudowy plastikowej TO220 lub TOP3 jest niemożliwe.
 Proces produkcji mikroelektroniki cechuje kluczowy uzysk sprawnych struktur. Rzekomo uzysk w produkcji w Japonii najpojemniejszych pamięci DRAM dochodzi do 80 % co jest wartością trudną do uwierzenia. W Korei przekracza on 50% w USA 30 %. W Europie Zachodniej takie pamięci nie są w ogóle produkowane a tylko starsze typy o dużo mniejszej pojemności. Rzekomo w ZSRR i NRD uzysk pojemnych pamięci nie przekracza 1% i produkcja jest prowadzona tylko z powodu embarga USA ! Zatem rynek pamięci jest zmonopolizowany przez koncerny Japonii i dołączyła do nich  Korea.   

 Stała materiałowa dla krzemu wyznacza nieprzekraczalny fizycznie iloczyn Ft x Uceo dla tranzystora bipolarnego. Tranzystory wysokonapięciowe są bardzo daleko od tej granicy i szybkość ich  mocno wzrośnie. Parametry  rośną skutkiem zastosowania procesu o większej rozdzielczości czyli drobniejszych kształtów B i E.
Wysokonapięciowe tranzystory japońskie do SMPS i H-Out już obecnie są znacznie szybsze niż typy europejskie.

Laboratorium zaawansowanej elektroniki i automatyki 127

 Laboratorium zaawansowanej elektroniki i automatyki 127

Wojna
 W czasie II Wojny Światowej  rząd USA faktycznie zmusił koncerny motoryzacje do podjęcia produkcji lotniczej bowiem pół rzemieślnicza produkcja firm lotniczych była znikoma.
Inżynierowie koncernów motoryzacyjnych z zadania wywiązali się znakomicie i USA podjęły potężną wojnę lotniczą. Wojnę wygrały w laboratoriach i halach fabrycznych !

 W okresie Zimnej Wojny nowoczesna amerykańska broń była produkowana w części krajów Europy Zachodniej i w Japonii. Systemy Patriot produkowała RFN i Japonia.
"Holandia w połowie lat 70. zakupiła 102 samoloty F-16 w wersjach A/B. Wszystkie z nich wyprodukowano w krajowych zakładach lotniczych Fokker. Pierwszy F-16 trafił do służby w holenderskich siłach powietrznych w czerwcu 1979 roku. Do 1992 roku Holendrzy wyprodukowali łącznie 213 samolotów F-16 w wersjach A/B, przez co posiadali jedną z największych flot tych maszyn na świecie”
Od 1997 do 2002 roku Holandia prowadziła modernizację swoich F-16, wprowadzając Mid-life Update. Łącznie 68 samolotów zostało ulepszonych do standardu AM/BM, posiadając zdolności takie jak ma  Block 50/52 jakie dziś posiada m.in. Polska.
Siły Powietrzne Holandii wycofują ze swojego arsenału ostatnie samoloty F-16. F-16 nawet w nowych wersjach jest przestarzały. Z tej okazji organizują niezwykły przelot tych maszyn przez całe państwo.
 Prosty i tani jednosilnikowy samolot F-16 w wypadku wybuchu wojny miał być masowo produkowany przez koncerny motoryzacyjne.

 Identycznie kraje bloku wschodniego produkowały broń na licencji ZSRR.
Słabość Polski w zakresie produkcji amunicji została ujawniona w marcu 2024, kiedy tylko jedna polska firma została włączona do realizacji 31 projektów wybranych przez Komisję Europejską w celu zwiększenia produkcji amunicji w UE, co przełożyło się na przyznanie Polsce zaledwie 2,1 mln euro z pakietu finansowania o wartości 500 mln euro.
W dziedzinie produkcji broni polska jest europejskim maruderem.
Wielki import broni jest zaś kryzysogenny.

 Obecnie USA toczą przez ukraińskiego pośrednika wojnę z Rosją  i okrutną ludobójczą wojnę rękami Izraela.
Turecki rezydent Erdogan w ONZ w Nowym Jorku: Hitler został powstrzymany, trzeba powstrzymać Netanjahu. Tak jak Hitler został powstrzymany, tak Netanjahu i jego siatka morderców muszą zostać powstrzymani przez sojusz ludzkości.
W przemówieniu w debacie generalnej 79. sesji Zgromadzenia Ogólnego ONZ w Nowym Jorku prezydent Turcji Recep Tayyip Erdogan oskarżył Izrael o ludobójstwo w Strefie Gazy oraz wezwał "sojusz ludzkości" do powstrzymania "okrucieństwa i barbarzyństwa" na Bliskim Wschodzie.  
 Erdogan przemawiał po prezydencie Stanów Zjednoczonych Joe Bidenie. Prezydent Turcji bardzo krytycznie wyraził się o polityce Waszyngtonu w regionie. — Ci, którzy rzekomo pracują nad zawieszeniem broni na tym etapie, nadal wysyłają broń i amunicję do Izraela, aby mógł on kontynuować masakry – zarzucił Amerykanom.
Polityk wyraził stanowisko, że państwa wspierające Izrael w "bezwarunkowy sposób" są współodpowiedzialne za sytuację w Strefie Gazy.

 Zdaniem autora kraj średniej wielkości chcąc zachować niezależność (!) musi dla siebie podstawową broń produkować. Brak tej produkcji oznacza widoczną ogólną słabość, która w razie wojny z silnym przeciwnikiem przełoży się na klęskę.
Na terenie Ukrainy trwa wojna USA-NATO z Rosją. Ukraina wykonuje tylko wydawane jej rozkazy. Gdy USA dojdą do wniosku że dalsza wojna jest nieopłacalna po prostu zostawią Ukrainę.

 
Archiwum. EnergoPatent
Wstęp
 Współcześnie bogactwo krajów bierze się z nowoczesnej i skomplikowanej produkcji.
Są zaledwie trzy bogate i normalne kraje surowcowe: Kanada, Australia i Norwegia. Wysoko dotowany eksport polskiego węgla zubaża Polaków i hamuje rozwój.
Tylko USA są w świecie w uprzywilejowanej pozycji drukarza dolara. Eksportują wywołanym drukiem inflacje na cały świat. Zatem za wiele dolarów nie mogą wydrukować.    

Człowiek energii z mięśni zwierząt i niewolników oraz energie wody i wiatru używał już w starożytności.
Energia Elektryczna (EE) jest najszlachetniejszą formą energii. Sprawność synchronicznego generatora 1500 MW przetwarzającego energie mechaniczną z turbiny parowej na energie elektryczna wynosi 99%. Zgodnie z Prawami Podobieństwa sprawność maszyn elektrycznych rośnie z ich mocą a ciężar jednostkowy spada. Efekt skali w maszynach elektrycznych jest bardzo silny. Energetyka szeroko czerpie z wielkiego efektu skali i jednostkowe koszty wytwarzania EE są bardzo niskie.
W USA cena EE dla gospodarstw domowych jest typowo do 3 razy wyższa niż sprzedawana do sieci przesyłowej przez elektrownie.
Optymalne napięcie maszyn elektrycznych rośnie z ich mocą. Generator mocy 30 MW może być na standardowe napięcie 6.3 KV a generator 1500 MW na napięcie 27 KV.
Z kolei driver silniczka krokowego do pozycjonowania głowic dyskietki zasilany jest z napięcia 5Vdc.
Moc napędu jako skalar jest pojęciem adekwatnym do napędu roboczego o stałej prędkości i w przypadku serwomechanizmów ma mocno ograniczoną użyteczność. Każdy silnik ma charakterystykę maksymalnego momentu w funkcji obrotów. Tu istotny jest statyczny i dynamiczny moment serwonapędu w funkcji obrotów wraz z  możliwością chwilowego forsowanie momentu.
Ośmiogodzinna średnia moc robotnika fizycznego nie przekracza 100 W ( z reguły jest mniejsza) ale moc szczytowa jest znacznie większa. Energia mechaniczna wytwarzana przez robotnika jest więc bardzo droga. W USA kilowatogodzina EE  w przemyśle kosztuje 5 centów a godzina pracy robotnika kosztuje średnio 8 dolarów ! Ale robotnik dostarcza inteligentnej energii !
Maszyny czynności produkcyjne wykonują zupełnie inaczej niż człowiek. Bardzo pomysłowa była maszyna do zwijania papierosów zastępująca pracę kompanii robotników. Bardzo wydajna była genialna maszyna do produkcji butelek co spowodowało spadek ich cen i duży wzrost produkcji.
Są też Procesy produkcyjne bardzo brutalne:
-Moc największych stalowniczych pieców łukowych wynosi 200 MW.   
-Moc najmocniejszych napędów stalowniczych walcarek przekracza 10 MW  

 W Polsce silniki asynchroniczne zużywają blisko 70% produkowanej EE.

 EE inteligentnie aplikują serwomechanizmami maszyny CNC i roboty przemysłowe. Koszt robota przemysłowego rośnie wraz z jego udźwigiem oraz zasięgiem i ilością osi. Duży sześcioosiowy robot kosztuje do 200 tysięcy dolarów ale mniejsze roboty są znacznie tańsze. W krajach I Świata gdzie praca robotnika jest droga roboty amortyzuję się w czasie krótszych od 5-10 lat. Inwestycja nie jest więc hiper rentowna a to dlatego że robot jest drogi a dodatkowo  trzeba przygotować dla niego stanowisko i sporządzić program pracy. Jedynym krajem świata gdzie roboty stosowane są rutynowo jest Japonia ale osiągnięcie tego stanu dużo kosztowało. Tych umiejętności Japonia nie eksportuje ! W sporych ilościach sprzedawane są w całym świecie robociki edukacyjne koncernu Mitsubishi.
Cena robotów jest w trendzie spadkowym. Cena części komputerowej robota i maszyny CNC spada. Ceny kluczy mocy do invertera spadają ale wolniej . Im dłuższa jest seria tym mniejsze podzielony koszty wytworzenia projektu a w tym oprogramowania
 Wydaje się że nie pieniądze na inwestycje ale brak umiejętności zastosowania robotów stanie się hamulcem i to już w dającej się przewidzieć przyszłości.

 Warunkiem koniecznym wzrostu gospodarczego i rozwoju jest poprawna alokacja kapitału inwestycyjnego.  Dobra rzadkie należy  stosować tam gdzie przynoszą największą korzyść.
Systemy „Power Electronics” czyli Energo Elektroniki przetwarzają energie dostarczoną przez Elektrownie do zasilanych maszyn, systemów i urządzeń.
 Wydobycie węgla i produkcja energii elektrycznej z niego w Polsce są jawnie i niejawnie bardzo wysoko dotowane. Dotacje te są całościowo bardzo szkodliwe ale bez nich okaże się że spora część starego przemysłu ciężkiego jest anachroniczna i jako wysoce energochłonna jest głęboko nierentowna. Ponieważ ogromna armia ludzi w następstwie kryzysu i stanu wojennego już została skierowana na emerytury i renty pole manewru jest już niewielkie .
Systemy energoelektroniki pozwalają oszczędzać energie ale mogą być drogie na co na pierwszym miejscu składają się ceny kluczy mocy.

Dla układów odchylanie poziomego z zasilaczem anodowym wysokiego napięcia do kineskopu odbiornika TV dość szybko opracowano udane pentody mocy o dużej wydajności katod i małym napięciu Uak przy pełnym wysterowaniu. Już wcześniej przetwornice wysokiego napięcia zasilały lampy oscyloskopowe  
 Sterowanych fazowo tyratronów używano w zasilaczach napięć anodowych w urządzeniach wielolampowych i o dużym poborze prądu. Używano prostowników rtęciowych i sterowanych fazowo ignitronów dużej mocy.

 Wynalazkami wszechczasów są tranzystory bipolarny (1948) i Mosfet (1959) odkryte w Bell Laboratories. Od lat trzydziestych poszukiwano tam elementu aktywnego lepszego niż duża i energożerna lampa elektronowa. Epokowe odkrycia powstają z praktycznych potrzeb ! Z większości zastosowań lampy zostały wyparte przez tranzystory.
Dalej pozostały masowo lampy elektronowe CRT w odbiornikach TV / TVC i monitorach komputerowych, nadawcze, mikrofalowe a szczególnie klystron  i RTG-X. Lampa -Wzmacniacz obrazu pracuje w noktowizorze szczególnie użytecznym w zastosowaniach militarnych. Pobór mocy z zasilacza wysokiego napięcia jest znikomy ale tylko przetworniczka tranzystorowa ma odpowiednio wysoką  sprawność co zapewnia długą prace z akumulatorem.
Tak samo pobór mocy z zasilacza wysokiego napięcia przez licznik Geigera Miller  jest znikomy ale tylko przetworniczka tranzystorowa ma odpowiednio wysoką  sprawność co zapewnia bardzo długą (czuwanie do roku !) prace z akumulatorem lub baterią.
 Współcześnie kluczami energoelektronicznymi są tyrystory, tyrystory wyłączalne GTO i tranzystory bipolarne najczęściej Darlingtona a względną nowością są tranzystory Power Mosfet a prawdziwą nowością ( pierwsze komercyjne GE z 1985 roku ) tranzystory IGBT. Na razie  Mosfety pracują w zakresie małych mocy.

 Europa Zachodnia w mikroelektronice była i jest spóźniona za USA i Japonią. Serie sygnałowych tranzystorów BC107,108,109  w obudowie metalowej Philips i Mullard opracowali w 1963 roku ale na rynku pojawiła się dopiero w 1966 roku. Obudowę plastikową zastosowano w 1968 roku. W 1968 roku podjęto w ZSRR masową produkcje taniego plastikowego tranzystora  KT315 i w tym samym roku rozpoczęto masową produkcje urządzeń z nimi. Serie tranzystorów mocy mesa KT80X wypuszczono też w 1968 roku. O ile start był udany to zapanował stagnacja.
Polska nie była w stanie samodzielnie podjąć produkcji krzemowych tranzystorów a co dopiero układów scalonych
Licencje i tranzystorową linie produkcyjną od ZSRR kupiła też Polska ale dużą produkcje uruchomiono dopiero na liniach kupionych od Francji.

 Wszystkie moduły komputera PC AT z dyskiem twardym wyprodukowane głównie na Tajwanie kosztują hurtowo razem tylko około 1000 dolarów.
Niestety systemy operacyjne komputerów PC nie są systemami czasu rzeczywistego co jest poważną ich wadą. Wada ta jest trudna do usunięcia ale jednak jest to połowicznie możliwe.   

 Inne opracowanie  dotyczy hardwaru i programowej implementacji algorytmów sterowania użytych w CNC i robotach przemysłowych.


Załączanie elementu bipolarnego.
 Napięcie na wszystkich załączonych elementach bipolarnych (D,Q,Darl,Ty,GTO,IGBT) spada do wartości ustalonej (=statycznej) po pewnym czasie.
 Po podaniu diodzie prądu przewodzenia napięcie na niej jest początkowo większe od statycznego napięcia przewodzenia i stopniowo spada . Początkowe napięcie  Vfr (Forward Recovery) rośnie z szybkością narastania prądu di/dt. Po czasie Tfr napięcie spada definicyjnie do 110% napięcia statycznego.
 Napięcie Vfr i czas Tfr szybko rośną z napięciem nominalnym diody. Już dla napięć 500 V Ufr może być wyższe niż napięcie przebicie Ube równoległego w kluczu tranzystora HV ( realnie 9-17 V) ale ponieważ impuls prądu jest krótki jest względnie mało szkodliwe. Dla części diod na napięcie 6 KV Ufr przekracza 200 V już przy średnio - dużej szybkości narastania prądu!  
Dla diody Fast BYW19 przy stromości prądu 100A/us Vfr wynosi prawie 60 V !

 W tranzystorach HV po silnym załączeniu bazą napięcia Uce spadnie szybko do około 10 V a dalej spada już powoli. To spadanie następuje w obszarze quasinasycenia.  Pokazano to na przykładzie szybkiego Darlingtona  na napięcie 400 V ale tak samo spada napięcie na załączonym tranzystorze bipolarnym
 

Podobnie wygląda sprawa załączenia dużym prądem bramki  tyrystora GTO.
W tranzystorze IGBT efekt stopniowego spadku Uce jest słabo zaznaczony dlatego że przy dużych Uce duży jest prąd silnie załączonego Mosfeta.
Im prąd bazy tranzystora Ib+ jest większy i szybszy tym mniejsza jest energia tracona w procesie załączania.  
 
  W tyrystorach, tyrystorach szybkich asymetrycznych  po załączeniu ich bramką dodatkowo dochodzi efekt stopniowego przewodzenia prądu coraz większą częścią struktury. Napięcie A-K początkowo spada szybko ale zaczyna już wolno spadać poniżej napięcia ca 20-100 V co wynika jeszcze z znacznie większej gęstości prądu niż w BJT.  Pokazano to na przykładzie bardzo szybkiego tyrystora asymetrycznego ASCR BTW63, któremu podano impuls sinusoidalny prądu z obwodu LC ( Tak jak w inverterze komutacja. Początkowe napięcie na C wynosi 600 V ) o amplitudzie 100A o początkowej szybkości narastania 33 A/us. W ciągu pierwszych 200 ns napięcie Uak spada poniżej 20 V a następnie spada bardzo wolno. Znacznie dłużej niż w tranzystorze.    

W efekcie tego wydzielona w tyrystorze energia Eon jest duża i co gorsza zlokalizowana przy bramce! Tyrystor ten jest bardzo szybki i przy wyzwoleniu bramki prądem > 1.25 A dopuszczalna krytyczna stromość narastania prądu wynosi aż 1000A / us. W wolniejszych tyrystorach, szczególnie wysokonapięciowych  straty Eon będą o wiele większe niż na tym wykresie.
Producenci rzadko podają dane na temat dynamicznego napięcia po załączeniu tyrystora i związanych z tym strat energii Eon aby nie straszyć projektantów.
Generalnie tyrystory nadają się tylko do pracy przy niskich częstotliwościach. Poza niszą HVDC nie jest to element przyszłościowy.

Dioda
 Niewiele jest wartych polecenia książek obejmujących fizykę półprzewodników, przyrządy półprzewodnikowe i IC oraz ich zastosowania.
Jedną z nich jest obszerna: Semiconductor Devices and Integrated Electronics, A.G.Milnes, Van Nostrand, 1980.  
 Choć fizyka i produkcja półprzewodników są bardzo ciekawe to tu zajmiemy się ich zastosowaniem w energoelektronice.
Technologia półprzewodnikowa stosuje odkrycia fizyki, optyki, chemii, elektroniki i automatyki. Widać działające dodatnie sprzężenie zwrotne bowiem elektronika i automatyka bazuje na półprzewodnikach.
Koszt nowych linii produkcyjnych o coraz większej rozdzielczości rośnie wykładniczo i kraje / firmy które wypadną z wyścigu już do niego nie dołączą.  
 
W inverterze VSI równolegle do aktywnego klucza są użyte diody jako bierny klucz. „Dioda” jest szerokim pojęciem i są różne diody. Ich czas odzyskania zdolności zaworowej Trr (=Ta + Tb ) i wsteczny ładunek Qrr mocno wpływają na straty energii Eon w załączanym kluczu aktywnym i w samej diodzie Eoff. W czasie Ta napięcie na diodzie jest bliskie zeru a w okresie Tb jest w inverterze bliskie napięciu zasilania. Proporcje czasów T1 /T2 ( w polecanej książce na przykład Fig. 1.26) zmieniają się wraz ze stromością prądu zanikającego przewodzenia i rosnącego wstecznego di/dt. Przy dużych stromościach prądu udział wyrażony w %  T1 maleje co choć trochę ogranicza straty Eon w załączanym tranzystorze bez snubbera
Do redukcji strat Eon ale także strat w diodzie Eoff służy snubber di/dt zawierający indukcyjność
Bez snubbera di/dt stracona energia na jedno załączenie Eon w tranzystorze jest wielokrotnie większa niż Eoff w diodzie. Energia Eoff w diodzie praktycznie wydziela się tylko w czasie Tb. Odwrotnie jest w kluczu - tranzystorze lub w GTO gdy gro energi wydziela się tylko w fazie Ta.
Razem z coraz lepszymi tranzystorami pracują lepsze diody i przy silnym załączeniu tranzystora Eon/Eoff może być około 5 razy ale w przedziale 3-10 razy.

 O ile w cyfrowej mikroelektronice postęp jest ogromny to w dziedzinie diod praktycznie panuje stagnacja. Planarna – epitaksjalna dioda Ultra Fast BYW28 o Trr=25 ns ( do 200V ) nadal jest w grupie najszybszych i gremialnie diody Ultra Fast na napięcie do 200 V mają czas Trr=25 ns.
  Na wykresach pokazano parametry dynamiczne Trr i Qrr związane z wyłączaniem diody BYW29. Wzrost temperatury bardzo mocno pogarsza parametry dynamiczne. Tak jest z każdą diodą.

 Czas Trr z założenia jest zerowy w diodach Schottky ale ich napięcie wsteczne nie przekracza 50V choć teoretycznie możliwe jest większe napięcie ale kosztem podniesienia napięcia przewodzenia. Diody te są stosowane tylko w SMPS i ewentualnie antyrównolegle do tranzystorów-kluczy w układach scalonych. Malutkie diody pracują w zakresach mikrofalowych jako mieszacze.   

 Ogromnie popularne na całym świecie (w Polsce BYP401) „plastikowe” Diody Sieciowe z rodziny 1N400X ( także większe  1N540X na prąd 3A) są diodami PIN a nie PN co jest odrobinę zaskakujące !
Diody takie w świecie występują pod różnymi nazwami, tak jak w Polsce, nawet gdy obudowywane są zakupione chipy diod 1N400X
Wszystkie diody Fast, Very Fast, Super Fast (<1000V) są diodami PIN. Oczywiście są droższe od standardowych diod sieciowych o tej samej mocy.
Natomiast diody Ultra Fast są wykonywane jako epitaksjalno – planarne co rzutuje na ich wysoką cenę. Cena jednostki powierzchni chipa diody Ultra Fast jest zbliżona do tranzystora. Ich wadą (czasem ma to znaczenie ) jest słaba przeciążalność.
Za Philips: „DOUBLE-DIFFUSED RECTIFIER DIODES
A single-diffused diode with a two layer p-n structure cannot combine a high forward current density with a high reverse blocking voltage.
A way out of this dilemma is provided by the three layer double-diffused structure. A lightly doped silicon layer, called the base, is sandwiched between highly doped diffused p+ and n+ outer layers giving a p+ -pn+ or p+ -nn+ layer. Generally, the base gives the diode its high reverse voltage, and the two diffused regions give the high forward current rating.
Although double-diffused diodes are highly efficient, a slight compromise is still necessary. Generally, for a given silicon chip area, the thicker the base layer the higher the VR and the lower the IF' Reverse switching characteristics also determine the base design. Fast recovery diodes usually have n-type base regions to give 'soft' recovery. Other diodes have the base type, nor p, chosen to meet their specificrequirements.
ULTRA FAST RECTIFIER DIODES
Ultra fast rectifier diodes, made by epitaxial technology, are intended for use in applications where low conduction and switching losses are of paramount importance and relatively low reverse blocking voltage (VRWM = 150 V) is required: e.g., switched-mode power supplies operating at frequencies of about 50 kHz. The use of epitaxial technology means that there is very close control over the almost ideal diffusionprofile and base width giving very high carrier injection efficiencies leading to lower conduction losses than conventional technology permits. The well defined diffusion profile also allows a tight control of stored minority carriers in the base region, so that very fast turn-off times (35 ns) can be achieved. The range of devices also has a soft reverse recovery and a low forward recovery voltage.”

 Od dekady czas Trr domieszkowanych złotem diod UF wynosi 25 ns ale napięcie tylko do 200V. Trochę wolniejsze (40-50 ns) są diody UF na napięcie do 500-600 V. Przy wyższych napięciach czas Trr jest jeszcze większy -75 ns.
Diody rodzaju UF nie są jeszcze w bloku RWPG produkowane.
Diody o sugestywnej nazwie UF400X i UF540X są w takich samych obudowach jak 1N400X i 1N540X. Już zdobyły sporą popularność dzięki dobremu stosunkowi jakości do ceny. Typy UFxxxx mają identyczne prądy i napięcia maksymalne jak 1N400X i 1N540X a przy tym są prawie Ultra Fast jak sugeruje nazwa. Dla napięć <400V są trochę wolniejsze od Ultra Fast ale szybsze od Very Fast. Przy wyższych napięciach są jak Ultra Fast. Ich zaletą jest niska cena i bardzo duża przeciążalność impulsowa na tle podobnych parametrami diod.  Chipy ich nie są  epitaksjalno – planarne i dlatego cena diod jest umiarkowana. To jest istotny postęp ! Znakomicie diody te nadają się do wielu zastosowań a w tym do snubberów w inverterze.

Chip diody 1N400X waży 93 mikrogramy. Są one tanie. Tanie są też chipy diod UF400X i UF540X. Bardzo dobrze nadają się do produkcji modułów kluczy.  

 Używane dawniej w szybkich pamięciach ferrytowych Cache diody o napięciu 30 V miały czas Trr=0.7 ns. Typowe, masowe diody o napięciu 50V mają Trr powyżej 2 ns a na napięcie 100V 4 ns. Dotowane są one złotem (wszystkie diody UF są dotowane Au) co skutkuje znacznym prądem upływu.

Podawany czas Trr i ładunek Qrr mierzone są w standardowym układzie EIA lub w innym układzie pokazanym przez producenta diody w Data Sheet. Oczywiście obydwa parametry są funkcjami wielu zmiennych i zależą od podanych w teście prądów i napięć oraz szybkości ich zmian oraz temperatury. Z reguły w układzie Invertera lub SMPS czasy Trr i ładunek Qrr  będą większe lub nawet znacznie większe! Układy testowe producentów są często jeszcze mniej miarodajne niż pomiar według normy EIA.
Obserwacja zachowania przełączających prąd diod jest prosta i jest to czynione od początka lat pięćdziesiątych. Prądy w urządzeniu testowym mogą przełączać wszelkie tranzystory a bardzo duże prądy tyrystory ale di/dt jest z nimi ograniczone. Temat testerów kluczy jest omówiony osobny.  

Wspomniane diody UF400X w teście przewodzą prąd 0.5A a potem podany jest im szybko prąd wsteczny -1A a czas Trr jest zdefiniowany do spadku prądu wstecznego do -0.25 A.  Czas Trr mierzony według EIA będzie dłuższy o circa 30%.

Przy załączaniu tranzystora półmostka przy przewodzącej diodzie drugiego klucza impuls mocy i strata energii Eon w tranzystorze są bardzo duże. Snubber di/dt jest zbędny tylko gdy stosowane są w kluczu diody UF.
Bez snubbera di/dt w inverterach  straty energii z diodami Very Fast w tranzystorach są bardzo  duże i stosowanie snubberów jest konieczne. Ale sporo energii traci się też w diodach. Przy zbyt dużych czasach Trr i ładunkach Qrr bez snubbera z dużym di/dt  trajektoria wychodzi poza SOA tranzystora i nawet  SOA diody ! SOA diody są bardzo rzadko podawane.

W zasilaczach impulsowych warunki pracy diod są w porównaniu z inverterami super komfortowe !

Definicyjnie nominalny prąd diody Iav jest prądem średnim przy przewodzeniu połówkowym prądu sieciowego. Szczytowa wartość prądu jest tu dużo większa. Wartość skuteczna prądu Irms wynosi Iav x Pi/2 przy czym Iav i Irms są zaokrąglane. Przy Iav=13A, Irms=20.4 A i w katalogu podano 20A. Zdefiniowana w normie  Impulsowa przeciążalność diod bywa bardzo duża.
Tranzystor jako klucz pracuje z prądem mniejszym od 80% Icm dlatego ze powyżej tego prądu słabe są parametry dynamiczne i statyczne a margines jest korzystny z uwagi na wymaganą  trwałość klucza.   Dla tranzystora „15A” zupełnie wystarczająca jest antyrównoległa dioda 8A  a nawet 5A jeśli tylko dynamiczne straty mocy są sprawnie odprowadzane i nie wywołują nadmiernego podniesienia temperatury chipa diody.  
Nie ma obecnie technologii pozwalającej wykonać monolitycznie razem na chipie antyrównoległą do jakiegokolwiek klucza diodę UF. Monolityczna dioda w tranzystorze Darlingtona w ogóle nie nadaje się do zastosowania w inverterze.  Jeszcze gorszą pasożytniczą „diodę” antyrównoległą mają tranzystory Mosfet.
Rozsądnie obciążone prądowo załączone Mosfety na napięcia 50-100V nie dopuszczają do przewodzenia antyrównoległej diody. Ale czas przerwy między wysterowaniem obu Mosfetów półmostka musi być bardzo krótki co nie jest proste w zapewnieniu.
Obszar bezpiecznej pracy SOA diod Mosfeta jest stosunkowo wąski !  

Przy odpowiednim sterowaniu bramka Diody antyrównoległej nie potrzebują produkowane w Japonii tranzystory VMOS. Mają one zalety ale wadą jest nietypowa technologia i niski uzysk produkcyjny czyli wysoka cena. Jako klucze mocy pracują we wzmacniaczu mocy PWM  TA-N880 Sony gdzie częstotliwość modulacji wynosi 500 KHz ! Tranzystory te stosują tylko japońskie koncerny i w sumie są mało popularne. Ich produkcja jest dużo mniejsza niż typowych Mosfetów. Nie są to elementy przyszłościowe i zajmowanie się nimi jest jałowe.