Si MOSFETs – En katalysator som driver den snabba utvecklingen av APF

Aktiva effektfilter (APF), som elektroniska enheter med aktiv effekt för att mildra strömkvalitetsproblem som övertoner, reaktiv effekt och effektobalanser i distributionsnätverk, har en utvecklingshistoria på nästan ett halvt sekel. På grund av begränsningar såsom den relativt låga effektiva filtreringskapaciteten för övertoner, känslighet för resonans med elnätet som leder till systeminstabilitet och höga förluster, har dock APF inte använts i stor utsträckning. I praktiken förblir traditionella passiva filter den vanliga lösningen för minskning av harmonisk och reaktiv effekt i distributionsnätverk.

För att dämpa strömövertoner i distributionsnätverket behöver en APF (Automatic Power Filter) bibehålla en bred bandbreddsutgång, med en kontrollbandbredd på minst 1 kHz (större än 2,5 kHz om övertonsområdet som ska filtreras upp till 51:a ordningen krävs). Men för att upprätthålla systemstabilitet är resonansfrekvensen för APF:s utgående LCL-filter vanligtvis flera gånger styrbandbredden. Detta innebär att för stark systemtålighet behöver resonansfrekvensen för APF:s utgående LCL-filter i allmänhet vara över 20 kHz. Å andra sidan, för att filtrera omkopplingsrippeln hos traditionella APF:er som använder IGBT:er som strömbrytare, måste omkopplingsfrekvensen vara minst fyra gånger resonansfrekvensen för utgångs-LCL-filtret. I verkligheten fungerar traditionella IGBT:er vanligtvis under 30 kHz. Därför kräver APF:er som använder IGBT:er som strömbrytare en styrbandbredd på flera hundra Hz för att uppnå stark systemrobusthet, men en styrbandbredd på flera hundra Hz är nästan otillräcklig för att kompensera för övertoner av högre{10}}ordning. Detta gör det nästan omöjligt för APF:er att uppnå en rimlig balans mellan stabilitet och kompensationsförmåga, vilket avsevärt begränsar deras utbredda användning.

SiC MOSFET, som tredje-generationens halvledarströmbrytare, har upplevt en snabb utveckling de senaste åren och används nu i stor utsträckning i olika kraftelektronikprodukter. SiC MOSFET:er upprätthåller en hög switchfrekvens även i hög-effekttillämpningar, en egenskap nästan skräddarsydd- för APF:er (Automatic Power Switches). I APF:er med medium-till-hög effekt (20~200A) kan SiC MOSFET:er fortfarande arbeta med en växlingsfrekvens på cirka 50 kHz. Genom att kombinera dubbla-kanalinterleave-teknik och magnetisk integrationsteknik kan den aktuella rippelfrekvensen i utgångs-LCL-filtret på APF ökas till över 100 kHz. Detta gör att utgångs-LCL-filtrets resonansfrekvens kan utformas till cirka 20 kHz (dämpning -28dB) och styrbandbredden till cirka 2,5 kHz. Detta gör det möjligt för APF att helt kompensera för den 51:a övertonen (grundfrekvens 50Hz). Dessutom, eftersom styrbandbredden är långt från den utgående LCL-filtrets resonansfrekvens, uppvisar systemet stark robusthet och är mindre benäget att resonansera med kraftdistributionsnätverket, vilket minskar instabiliteten. Dessutom är förlusterna för APF:er som använder SiC MOSFET:er som huvudströmbrytarenhet lägre än förlusterna för APF:er som använder traditionella IGBT:er som huvudströmbrytarenhet.

Sammanfattningsvis är SiC MOSFETs praktiskt taget perfekta som huvudströmbrytare för APF:er (Active Power Factor Systems). De kommer utan tvekan att driva på den ytterligare och bredare tillämpningen av APF:er och andra aktiva energikvalitetsprodukter, vilket bidrar till ett grönt distributionsnätverk.

Leonhard elföretag, ett hög-teknologiskt företag som specialiserat sig på FoU och produktion av SiC MOSFET-strömkvalitetsprodukter, har lanserat en hel serie SiC MOSFET-strömkvalitetsprodukter från 20 till 200A över flera spänningsnivåer. Dess kärnprodukter använder dubbel-kanalinterleave-teknik och magnetisk integrationsteknik, vilket möjliggör en ekvivalent switchfrekvens som överstiger 100 kHz, vilket ger ultra-hög stabilitet, låg förlust och liten storlek.