Si MOSFET's – een katalysator die de snelle ontwikkeling van APF's stimuleert

Actief-vermogenfilters (APF's), als elektronische apparaten met actief vermogen voor het verminderen van problemen met de stroomkwaliteit, zoals harmonischen, reactief vermogen en stroomonevenwichtigheden in distributienetwerken, hebben een ontwikkelingsgeschiedenis van bijna een halve eeuw. Vanwege beperkingen zoals de relatief lage effectieve filtercapaciteit van harmonische orde, de gevoeligheid voor resonantie met het elektriciteitsnet, leidend tot systeeminstabiliteit, en hoge verliezen, zijn APF's echter niet algemeen toegepast. In de praktijk blijven traditionele passieve filters de reguliere oplossing voor de beperking van harmonisch en reactief vermogen in distributienetwerken.

Om de huidige harmonischen in het distributienetwerk te beperken, moet een APF (Automatic Power Filter) een output met grote bandbreedte behouden, met een controlebandbreedte van minimaal 1 kHz (groter dan 2,5 kHz als het te filteren harmonische bereik tot de 51e orde vereist is). Om de systeemstabiliteit te behouden, is de resonantiefrequentie van het uitgangs-LCL-filter van de APF echter doorgaans meerdere malen de besturingsbandbreedte. Dit betekent dat voor een sterke systeemrobuustheid de resonantiefrequentie van het uitgangs-LCL-filter van de APF doorgaans boven de 20 kHz moet liggen. Aan de andere kant moet, om de schakelrimpel van traditionele APF's die IGBT's als stroomschakelaars gebruiken, te filteren, de schakelfrequentie ten minste vier keer de resonantiefrequentie van het uitgangs-LCL-filter zijn. In werkelijkheid werken traditionele IGBT's doorgaans onder de 30 kHz. Daarom hebben APF's die IGBT's gebruiken als stroomschakelaars een besturingsbandbreedte van enkele honderden Hz nodig om een ​​sterke systeemrobuustheid te bereiken, maar een besturingsbandbreedte van enkele honderden Hz is bijna onvoldoende om harmonischen van hogere orde te compenseren. Dit maakt het vrijwel onmogelijk voor APF’s om een ​​redelijk evenwicht te bereiken tussen stabiliteit en compensatievermogen, waardoor het wijdverbreide gebruik ervan aanzienlijk wordt beperkt.

SiC-MOSFET's hebben als derde-generatie halfgeleider-stroomschakelapparaten een snelle ontwikkeling doorgemaakt de afgelopen jaren en worden nu op grote schaal gebruikt in diverse vermogenselektronicaproducten. SiC MOSFET's behouden een hoge schakelfrequentie, zelfs in toepassingen met hoog-vermogen, een karakteristiek die bijna op maat-gemaakt is voor APF's (Automatic Power Switches). In APF's met gemiddeld- tot- hoog vermogen (20~200 A) kunnen SiC MOSFET's nog steeds werken op een schakelfrequentie van ongeveer 50 kHz. Door dual-channel interleave-technologie en magnetische integratietechnologie te combineren, kan de huidige rimpelfrequentie in het uitgangs-LCL-filter van de APF worden verhoogd tot meer dan 100 kHz. Hierdoor kan de resonantiefrequentie van het uitgangs-LCL-filter worden ontworpen op ongeveer 20 kHz (demping -28 dB) en de regelbandbreedte op ongeveer 2,5 kHz. Hierdoor kan de APF de 51e harmonische (fundamentele frequentie 50 Hz) volledig compenseren. Omdat de besturingsbandbreedte ver verwijderd is van de resonantiefrequentie van het uitgangs-LCL-filter, vertoont het systeem bovendien een sterke robuustheid en is het minder gevoelig voor resonantie met het stroomdistributienetwerk, waardoor de instabiliteit wordt verminderd. Bovendien zijn de verliezen van APF's die SiC MOSFET's als hoofdstroomschakelapparaat gebruiken lager dan die van APF's die traditionele IGBT's als hoofdstroomschakelapparaat gebruiken.

Concluderend zijn SiC MOSFET's vrijwel perfect als hoofdstroomschakelapparaat voor APF's (Active Power Factor Systems). Ze zullen ongetwijfeld de verdere en bredere toepassing van APF’s en andere actieve energiekwaliteitsproducten stimuleren, en bijdragen aan een groen stroomdistributienetwerk.

Elektriciteitsbedrijf Leonhard, een high{0}}technologisch bedrijf gespecialiseerd in R&D en productie van SiC MOSFET-stroomkwaliteitsproducten, heeft een volledige serie SiC MOSFET-stroomkwaliteitsproducten gelanceerd, variërend van 20 tot 200 A over meerdere spanningsniveaus. De kernproducten maken gebruik van dual-channel interleave-technologie en magnetische integratietechnologie, waardoor een equivalente schakelfrequentie van meer dan 100 kHz mogelijk wordt gemaakt, waardoor ultra-hoge stabiliteit, laag verlies en kleine afmetingen worden bereikt.