Si MOSFET - Ένας καταλύτης που οδηγεί την ταχεία ανάπτυξη των APF

Τα φίλτρα ενεργού ισχύος (APF), ως ηλεκτρονικές συσκευές ενεργού ισχύος για τον μετριασμό προβλημάτων ποιότητας ισχύος, όπως οι αρμονικές, η άεργη ισχύς και οι ανισορροπίες ισχύος στα δίκτυα διανομής, έχουν ιστορία ανάπτυξης σχεδόν μισού αιώνα. Ωστόσο, λόγω περιορισμών όπως η σχετικά χαμηλή αποτελεσματική ικανότητα φιλτραρίσματος αρμονικής τάξης, η ευαισθησία σε συντονισμό με το ηλεκτρικό δίκτυο που οδηγεί σε αστάθεια του συστήματος και υψηλές απώλειες, τα APF δεν έχουν υιοθετηθεί ευρέως. Στην πράξη, τα παραδοσιακά παθητικά φίλτρα παραμένουν η κύρια λύση για τον μετριασμό της αρμονικής και αέργου ισχύος στα δίκτυα διανομής.

Για να μετριαστούν οι τρέχουσες αρμονικές στο δίκτυο διανομής, ένα APF (Αυτόματο Φίλτρο Ισχύος) πρέπει να διατηρεί μια έξοδο μεγάλου εύρους ζώνης, με εύρος ζώνης ελέγχου τουλάχιστον 1 kHz (μεγαλύτερο από 2,5 kHz εάν απαιτείται η αρμονική περιοχή που θα φιλτραριστεί μέχρι την 51η τάξη). Ωστόσο, για να διατηρηθεί η σταθερότητα του συστήματος, η συχνότητα συντονισμού του φίλτρου LCL εξόδου του APF είναι συνήθως αρκετές φορές μεγαλύτερη από το εύρος ζώνης ελέγχου. Αυτό σημαίνει ότι για ισχυρή στιβαρότητα του συστήματος, η συχνότητα συντονισμού του φίλτρου LCL εξόδου του APF πρέπει γενικά να είναι πάνω από 20 kHz. Από την άλλη πλευρά, για να φιλτράρετε τον κυματισμό μεταγωγής των παραδοσιακών APF που χρησιμοποιούν IGBT ως διακόπτες ισχύος, η συχνότητα μεταγωγής πρέπει να είναι τουλάχιστον τέσσερις φορές η συχνότητα συντονισμού του φίλτρου LCL εξόδου. Στην πραγματικότητα, τα παραδοσιακά IGBT λειτουργούν συνήθως κάτω από 30 kHz. Επομένως, τα APF που χρησιμοποιούν IGBT ως διακόπτες τροφοδοσίας απαιτούν εύρος ζώνης ελέγχου αρκετών εκατοντάδων Hz για την επίτευξη ισχυρής ευρωστίας του συστήματος, αλλά ένα εύρος ζώνης ελέγχου πολλών εκατοντάδων Hz είναι σχεδόν ανεπαρκές για να αντισταθμίσει τις αρμονικές{10} υψηλότερης τάξης. Αυτό καθιστά σχεδόν αδύνατο για τα APF να επιτύχουν μια λογική ισορροπία μεταξύ σταθερότητας και ικανότητας αντιστάθμισης, περιορίζοντας σημαντικά την ευρεία χρήση τους.

Τα SiC MOSFET, ως συσκευές μεταγωγής ισχύος ημιαγωγών τρίτης{{0} γενιάς, έχουν γνωρίσει ταχεία ανάπτυξη τα τελευταία χρόνια και πλέον χρησιμοποιούνται ευρέως σε διάφορα ηλεκτρονικά προϊόντα ισχύος. Τα SiC MOSFET διατηρούν υψηλή συχνότητα μεταγωγής ακόμη και σε εφαρμογές υψηλής ισχύος-, ένα χαρακτηριστικό σχεδόν προσαρμοσμένο-για APF (Αυτόματους διακόπτες ισχύος). Σε APF μεσαίας-έως-υψηλής ισχύος (20~200A), τα SiC MOSFET μπορούν να λειτουργούν σε συχνότητα μεταγωγής περίπου 50 kHz. Συνδυάζοντας την τεχνολογία διπλής{11}}διασύνδεσης καναλιών και την τεχνολογία μαγνητικής ολοκλήρωσης, η τρέχουσα συχνότητα κυματισμού στο φίλτρο LCL εξόδου του APF μπορεί να αυξηθεί σε πάνω από 100 kHz. Αυτό επιτρέπει τη σχεδίαση της συχνότητας συντονισμού φίλτρου εξόδου LCL στα 20 kHz περίπου (εξασθένηση -28dB) και το εύρος ζώνης ελέγχου στα 2,5 kHz περίπου. Αυτό επιτρέπει στο APF να αντισταθμίσει πλήρως την 51η αρμονική (θεμελιώδης συχνότητα 50Hz). Επιπλέον, επειδή το εύρος ζώνης ελέγχου απέχει πολύ από τη συχνότητα συντονισμού του φίλτρου LCL εξόδου, το σύστημα παρουσιάζει ισχυρή στιβαρότητα και είναι λιγότερο επιρρεπές σε συντονισμό με το δίκτυο διανομής ισχύος, μειώνοντας έτσι την αστάθεια. Επιπλέον, οι απώλειες των APF που χρησιμοποιούν SiC MOSFET ως κύρια συσκευή μεταγωγής ισχύος είναι χαμηλότερες από αυτές των APF που χρησιμοποιούν παραδοσιακά IGBT ως κύρια συσκευή μεταγωγής ισχύος.

Συμπερασματικά, τα SiC MOSFET είναι πρακτικά τέλεια ως η κύρια συσκευή μεταγωγής ισχύος για APF (Active Power Factor Systems). Αναμφίβολα θα οδηγήσουν στην περαιτέρω και ευρύτερη εφαρμογή των APF και άλλων προϊόντων ποιότητας ενεργού ενέργειας, συμβάλλοντας σε ένα πράσινο δίκτυο διανομής ηλεκτρικής ενέργειας.

Η εταιρεία ηλεκτρισμού Leonhard, μια εταιρεία υψηλής- τεχνολογίας που ειδικεύεται στην Ε&Α και την παραγωγή προϊόντων ποιότητας ισχύος SiC MOSFET, κυκλοφόρησε μια πλήρη σειρά προϊόντων ποιότητας ισχύος SiC MOSFET που κυμαίνονται από 20 έως 200A σε πολλαπλά επίπεδα τάσης. Τα βασικά προϊόντα της χρησιμοποιούν τεχνολογία παρεμβολής διπλού-καναλιού και τεχνολογία μαγνητικής ολοκλήρωσης, επιτρέποντας ισοδύναμη συχνότητα μεταγωγής άνω των 100 kHz, επιτυγχάνοντας εξαιρετικά-υψηλή σταθερότητα, χαμηλή απώλεια και μικρό μέγεθος.