Si MOSFET – Катализатор, движещ бързото развитие на APF

Филтрите за активна мощност (APF), като електронни устройства за активна мощност за смекчаване на проблеми с качеството на електроенергията, като хармоници, реактивна мощност и дисбаланси на мощността в разпределителните мрежи, имат история на развитие от близо половин век. Въпреки това, поради ограничения като сравнително нисък ефективен капацитет за филтриране на хармоничен ред, чувствителност към резонанс с електрическата мрежа, водеща до нестабилност на системата, и високи загуби, APF не са широко възприети. На практика традиционните пасивни филтри остават основното решение за намаляване на хармоничната и реактивната мощност в разпределителните мрежи.

За да смекчи текущите хармоници в разпределителната мрежа, APF (автоматичен филтър за захранване) трябва да поддържа изход с широка честотна лента с контролна честотна лента от най-малко 1 kHz (по-голяма от 2,5 kHz, ако се изисква диапазонът на хармониците да бъде филтриран до 51-ви ред). Въпреки това, за да се поддържа стабилността на системата, резонансната честота на изходния LCL филтър на APF обикновено е няколко пъти по-голяма от контролната честотна лента. Това означава, че за силна устойчивост на системата, резонансната честота на изходния LCL филтър на APF обикновено трябва да бъде над 20 kHz. От друга страна, за филтриране на пулсациите на превключване на традиционните APF, използващи IGBT като превключватели на мощността, честотата на превключване трябва да бъде поне четири пъти резонансната честота на изходния LCL филтър. В действителност традиционните IGBT обикновено работят под 30 kHz. Следователно, APF, използващи IGBT като превключватели на захранване, изискват контролна честотна лента от няколко стотин Hz, за да постигнат силна устойчивост на системата, но контролна честотна лента от няколко стотин Hz е почти недостатъчна, за да компенсира хармониците от по-висок -порядък. Това прави почти невъзможно за APF да постигнат разумен баланс между стабилност и способност за компенсация, което значително ограничава широкото им използване.

SiC MOSFET, като полупроводникови комутационни устройства от трето-поколение, претърпяха бързо развитие през последните години и сега се използват широко в различни силови електронни продукти. SiC MOSFETs поддържат висока честота на превключване дори при приложения с висока-мощност, характеристика, почти специално-направена за APF (автоматични превключватели на захранването). В APF със средна{5}}до-висока мощност (20~200A), SiC MOSFETs все още могат да работят при честота на превключване от около 50kHz. Чрез комбиниране на двуканална-технология за интегриране и технология за магнитна интеграция текущата честота на пулсации в изходния LCL филтър на APF може да бъде увеличена до над 100kHz. Това позволява резонансната честота на изходния LCL филтър да бъде проектирана на около 20 kHz (затихване -28 dB), а контролната честотна лента на около 2,5 kHz. Това позволява на APF да компенсира напълно 51-вия хармоник (основна честота 50Hz). Освен това, тъй като контролната честотна лента е далеч от резонансната честота на изходния LCL филтър, системата показва силна устойчивост и е по-малко склонна към резонанс с мрежата за разпределение на енергия, като по този начин намалява нестабилността. В допълнение, загубите на APF, използващи SiC MOSFET като основно устройство за превключване на захранването, са по-ниски от тези на APF, използващи традиционните IGBT като основно устройство за превключване на захранването.

В заключение, SiC MOSFETs са практически перфектни като основно устройство за превключване на захранването за APF (системи за активен фактор на мощността). Те несъмнено ще стимулират по-нататъшното и по-широко приложение на APF и други продукти с качество на активното захранване, допринасяйки за зелена мрежа за разпределение на енергия.

Електрическата компания Leonhard, високо-технологична компания, специализирана в научноизследователска и развойна дейност и производство на SiC MOSFET продукти за качество на захранването, пусна пълна серия от SiC MOSFET продукти за качество на захранването, вариращи от 20 до 200 A при множество нива на напрежение. Неговите основни продукти използват технология за дву-канално интегриране и технология за магнитна интеграция, което позволява еквивалентна честота на превключване над 100kHz, постигайки ултра-висока стабилност, ниски загуби и малък размер.