Si MOSFET – каталізатор швидкого розвитку APF

Фільтри активної потужності (APF) як електронні пристрої активної потужності для пом’якшення проблем якості електроенергії, таких як гармоніки, реактивна потужність і дисбаланс потужності в розподільних мережах, мають історію розвитку майже півстоліття. Однак через такі обмеження, як відносно низька ефективна здатність фільтрації порядку гармоній, сприйнятливість до резонансу з електромережею, що призводить до нестабільності системи, і високі втрати, APF не отримали широкого застосування. На практиці традиційні пасивні фільтри залишаються основним рішенням для зниження рівня гармонік і реактивної потужності в розподільних мережах.

Щоб пом’якшити поточні гармоніки в розподільчій мережі, APF (автоматичний фільтр потужності) повинен підтримувати вихідну ширину смуги пропускання з контрольною смугою пропускання принаймні 1 кГц (більше 2,5 кГц, якщо потрібен діапазон гармонік, що фільтрується до 51-го порядку). Однак для підтримки стабільності системи резонансна частота вихідного LCL-фільтра APF зазвичай у кілька разів перевищує контрольну смугу пропускання. Це означає, що для високої надійності системи резонансна частота вихідного LCL-фільтра APF зазвичай має бути вище 20 кГц. З іншого боку, щоб відфільтрувати пульсації перемикання традиційних APF з використанням IGBT як перемикачів живлення, частота перемикання повинна бути принаймні вчетверо більшою за резонансну частоту вихідного фільтра LCL. Насправді традиційні IGBT зазвичай працюють на частотах нижче 30 кГц. Таким чином, APF, які використовують IGBT як перемикачі живлення, вимагають смуги керування в кілька сотень Гц для досягнення високої надійності системи, але смуги керування в кілька сотень Гц майже недостатньо для компенсації гармонік вищого{10}}порядку. Це робить практично неможливим для APF досягнення розумного балансу між стабільністю та можливістю компенсації, що значно обмежує їх широке використання.

SiC MOSFET, як напівпровідникові комутаційні пристрої третього-покоління, зазнали швидкого розвитку в останні роки та зараз широко використовуються в різних виробах силової електроніки. SiC МОП-транзистори зберігають високу частоту перемикання навіть у -пристроях із високою потужністю, характеристика, майже-спеціальна для APF (автоматичних перемикачів живлення). У APF середньої--великої потужності (20~200 A) SiC MOSFET все ще може працювати на частоті перемикання близько 50 кГц. Завдяки поєднанню технології дво{11}}канального чергування та технології магнітної інтеграції поточну частоту пульсацій у вихідному фільтрі LCL APF можна збільшити до понад 100 кГц. Це дозволяє розробити резонансну частоту вихідного LCL-фільтра приблизно на рівні 20 кГц (загасання -28 дБ), а смугу керування – приблизно на рівні 2,5 кГц. Це дозволяє APF повністю компенсувати 51-у гармоніку (основна частота 50 Гц). Крім того, оскільки контрольна смуга пропускання далека від резонансної частоти вихідного фільтра LCL, система демонструє високу надійність і менш схильна до резонансу з мережею розподілу електроенергії, таким чином зменшуючи нестабільність. Крім того, втрати APF з використанням SiC MOSFET як основного пристрою комутації живлення нижчі, ніж втрати APF з використанням традиційних IGBT як основного пристрою комутації живлення.

Підсумовуючи, можна сказати, що МОП-транзистори на основі SiC є практично ідеальними як основний пристрій комутації живлення для APF (систем активного коефіцієнта потужності). Вони, безсумнівно, сприятимуть подальшому та ширшому застосуванню APF та інших продуктів високої якості активної електроенергії, сприяючи зеленій мережі розподілу електроенергії.

Leonhard Electricity Company, високо-технологічна компанія, що спеціалізується на дослідженні та розробці та виробництві продукції для забезпечення якості електроенергії SiC MOSFET, випустила повну серію продукції для якості електроенергії SiC MOSFET від 20 до 200 А на різних рівнях напруги. Його основні продукти використовують технологію дво-канального чергування та технологію магнітної інтеграції, що забезпечує еквівалентну частоту перемикання понад 100 кГц, досягаючи над-високої стабільності, низьких втрат і малого розміру.