Si MOSFETy – katalyzátor pohánějící rychlý vývoj APF

Aktivní výkonové filtry (APF), jako aktivní výkonová elektronická zařízení pro zmírnění problémů s kvalitou napájení, jako jsou harmonické, jalový výkon a nerovnováha výkonu v distribučních sítích, mají historii vývoje téměř půl století. Avšak kvůli omezením, jako je relativně nízká efektivní kapacita filtrování harmonického řádu, náchylnost k rezonanci s elektrickou sítí vedoucí k nestabilitě systému a vysokým ztrátám, nebyly APF široce přijaty. V praxi zůstávají tradiční pasivní filtry hlavním řešením pro snižování harmonických a jalových výkonů v distribučních sítích.

Aby se zmírnily proudové harmonické v distribuční síti, APF (Automatic Power Filter) potřebuje udržovat širokopásmový výstup s šířkou řídicího pásma alespoň 1 kHz (větší než 2,5 kHz, pokud je požadován harmonický rozsah, který má být filtrován až do 51. řádu). Pro zachování stability systému je však rezonanční frekvence výstupního LCL filtru APF typicky několikanásobkem šířky řídicího pásma. To znamená, že pro silnou robustnost systému musí být rezonanční frekvence výstupního LCL filtru APF obecně vyšší než 20 kHz. Na druhou stranu, pro filtrování spínacího zvlnění tradičních APF pomocí IGBT jako výkonových spínačů musí být spínací frekvence alespoň čtyřnásobkem rezonanční frekvence výstupního LCL filtru. Ve skutečnosti tradiční IGBT obvykle pracují pod 30 kHz. Proto APF využívající IGBT jako výkonové spínače vyžadují k dosažení silné robustnosti systému šířku řídicího pásma několik stovek Hz, ale šířka řídicího pásma několik set Hz je téměř nedostatečná ke kompenzaci vyšších- harmonických složek. To téměř znemožňuje APF dosáhnout přiměřené rovnováhy mezi stabilitou a kompenzační schopností, což výrazně omezuje jejich široké použití.

SiC MOSFETy jako třetí-generace polovodičových výkonových spínacích zařízení zaznamenaly v posledních letech rychlý vývoj a nyní jsou široce používány v různých výkonových elektronických produktech. SiC MOSFETy si udržují vysokou spínací frekvenci i v aplikacích s vysokým-výkonem, což je charakteristika téměř šitá na míru-pro APF (Automatic Power Switches). Ve středních{5}}až{6}}vysokých výkonech (20~200A) APF mohou SiC MOSFETy stále pracovat při spínací frekvenci přibližně 50 kHz. Kombinací technologie duálního{11}}prokládání kanálů a technologie magnetické integrace lze aktuální frekvenci zvlnění ve výstupním LCL filtru APF zvýšit na více než 100 kHz. To umožňuje, aby výstupní rezonanční frekvence LCL filtru byla navržena na přibližně 20 kHz (útlum -28 dB) a šířka řídicího pásma na přibližně 2,5 kHz. To umožňuje APF plně kompenzovat 51. harmonickou (základní frekvence 50 Hz). Kromě toho, protože šířka řídicího pásma je daleko od rezonanční frekvence výstupního LCL filtru, systém vykazuje silnou robustnost a je méně náchylný k rezonanci s rozvodnou sítí, čímž se snižuje nestabilita. Kromě toho jsou ztráty APF využívajících SiC MOSFETy jako hlavní spínací zařízení nižší než ztráty u APF využívajících tradiční IGBT jako hlavní spínací zařízení.

Závěrem lze říci, že SiC MOSFETy jsou prakticky dokonalé jako hlavní spínací zařízení pro APF (Active Power Factor Systems). Nepochybně podpoří další a širší uplatnění APF a dalších produktů kvality činné energie, čímž přispějí k distribuční síti zelené energie.

Společnost Leonhard Electric Company, špičková{0}}technologická společnost specializující se na výzkum a vývoj a výrobu produktů s kvalitním napájením s tranzistory SiC MOSFET, uvedla na trh kompletní řadu produktů s kvalitním napájením s tranzistory SiC MOSFET v rozsahu od 20 do 200 A na různých úrovních napětí. Její základní produkty využívají technologii dvoukanálového prokládání a technologii magnetické integrace, což umožňuje ekvivalentní spínací frekvenci přesahující 100 kHz, čímž dosahuje ultra-vysoké stability, nízkých ztrát a malých rozměrů.