Si MOSFET – katalizator, ki spodbuja hiter razvoj APF

Aktivni močnostni filtri (APF) kot aktivne močnostne elektronske naprave za blažitev težav s kakovostjo električne energije, kot so harmoniki, jalova moč in neravnovesja moči v distribucijskih omrežjih, imajo zgodovino razvoja skoraj pol stoletja. Vendar zaradi omejitev, kot so sorazmerno nizka učinkovita zmogljivost filtriranja harmoničnega reda, dovzetnost za resonanco z električnim omrežjem, ki vodi do nestabilnosti sistema, in visoke izgube, APF niso bili široko sprejeti. Tradicionalni pasivni filtri v praksi ostajajo glavna rešitev za zmanjšanje harmonične in jalove moči v distribucijskih omrežjih.

Za ublažitev trenutnih harmonikov v distribucijskem omrežju mora APF (samodejni napajalni filter) vzdrževati široko pasovno širino izhoda s krmilno pasovno širino vsaj 1 kHz (več kot 2,5 kHz, če je zahtevano harmonsko območje, ki ga je treba filtrirati do 51. reda). Da pa ohranimo stabilnost sistema, je resonančna frekvenca izhodnega LCL filtra APF običajno nekajkrat večja od krmilne pasovne širine. To pomeni, da mora biti za močno robustnost sistema resonančna frekvenca izhodnega LCL filtra APF na splošno nad 20 kHz. Po drugi strani pa mora biti preklopna frekvenca vsaj štirikrat večja od resonančne frekvence izhodnega filtra LCL za filtriranje preklopnega valovanja tradicionalnih APF, ki uporabljajo IGBT kot močnostna stikala. V resnici tradicionalni IGBT običajno delujejo pod 30 kHz. Zato APF, ki uporabljajo IGBT kot močnostna stikala, zahtevajo nadzorno pasovno širino nekaj sto Hz, da dosežejo močno robustnost sistema, vendar je krmilna pasovna širina nekaj sto Hz skoraj nezadostna za kompenzacijo višjih{10}}harmonikov. Zaradi tega je za APF skoraj nemogoče doseči razumno ravnovesje med stabilnostjo in zmožnostjo kompenzacije, kar znatno omejuje njihovo široko uporabo.

SiC MOSFET-ji kot polprevodniške preklopne naprave tretje{0}}generacije so v zadnjih letih doživeli hiter razvoj in se zdaj pogosto uporabljajo v različnih močnostnih elektronskih izdelkih. SiC MOSFET-ji ohranjajo visoko preklopno frekvenco tudi v-aplikacijah z visoko močjo, značilnost, ki je skoraj{3}}prikrojena za APF (samodejna stikala za napajanje). V srednje{5}}do-veliko močnih (20~200 A) APF-jih lahko SiC MOSFET-ji še vedno delujejo pri preklopni frekvenci okoli 50 kHz. S kombinacijo tehnologije dvo{11}}kanalnega prepletanja in tehnologije magnetne integracije je mogoče trenutno frekvenco valovanja v izhodnem LCL filtru APF povečati na več kot 100 kHz. To omogoča, da je resonančna frekvenca izhodnega filtra LCL zasnovana pri približno 20 kHz (zmanjšanje -28 dB), krmilna pasovna širina pa pri približno 2,5 kHz. To omogoča, da APF v celoti kompenzira 51. harmonik (osnovna frekvenca 50 Hz). Nadalje, ker je nadzorna pasovna širina daleč od resonančne frekvence izhodnega filtra LCL, sistem kaže močno robustnost in je manj nagnjen k resonanci z omrežjem za distribucijo električne energije, s čimer se zmanjša nestabilnost. Poleg tega so izgube APF-jev, ki uporabljajo SiC MOSFET-je kot glavno napajalno preklopno napravo, nižje kot izgube APF-jev, ki uporabljajo tradicionalne IGBT-je kot glavno napajalno preklopno napravo.

Skratka, SiC MOSFET-ji so tako rekoč popolni kot glavna preklopna naprava za APF (Active Power Factor Systems). Nedvomno bodo spodbudili nadaljnjo in širšo uporabo APF-jev in drugih izdelkov za kakovost aktivne električne energije ter prispevali k zelenemu omrežju distribucije električne energije.

Električno podjetje Leonhard, visoko-tehnološko podjetje, specializirano za raziskave in razvoj ter proizvodnjo SiC MOSFET izdelkov za kakovost električne energije, je lansiralo celotno serijo SiC MOSFET izdelkov za kakovost električne energije v razponu od 20 do 200 A na več napetostnih nivojih. Njegovi osrednji izdelki uporabljajo tehnologijo dvo-kanalnega prepletanja in tehnologijo magnetne integracije, kar omogoča ekvivalentno preklopno frekvenco, ki presega 100 kHz, s čimer dosega ultra{6}}visoko stabilnost, nizke izgube in majhnost.