Si MOSFET - یک کاتالیزور که توسعه سریع APF ها را هدایت می کند

فیلترهای توان فعال (APF)، به عنوان دستگاه های الکترونیکی توان فعال برای کاهش مسائل کیفیت توان مانند هارمونیک ها، توان راکتیو و عدم تعادل توان در شبکه های توزیع، سابقه توسعه نزدیک به نیم قرن دارند. با این حال، به دلیل محدودیت‌هایی مانند ظرفیت فیلترینگ مرتبه هارمونیک مؤثر نسبتاً کم، حساسیت به رزونانس با شبکه قدرت که منجر به ناپایداری سیستم می‌شود، و تلفات زیاد، APFها به طور گسترده مورد استفاده قرار نگرفته‌اند. در عمل، فیلترهای غیرفعال سنتی راه حل اصلی برای کاهش هارمونیک و توان راکتیو در شبکه های توزیع باقی می مانند.

برای کاهش هارمونیک های جریان در شبکه توزیع، یک APF (فیلتر برق خودکار) باید یک خروجی پهنای باند وسیع، با پهنای باند کنترلی حداقل 1 کیلوهرتز (در صورتی که محدوده هارمونیک تا مرتبه 51 مورد نیاز باشد، بیشتر از 2.5 کیلوهرتز) حفظ کند. با این حال، برای حفظ ثبات سیستم، فرکانس تشدید فیلتر LCL خروجی APF معمولاً چندین برابر پهنای باند کنترل است. این بدان معنی است که برای استحکام سیستم قوی، فرکانس تشدید فیلتر LCL خروجی APF معمولاً باید بالای 20 کیلوهرتز باشد. از طرف دیگر، برای فیلتر کردن امواج سوئیچینگ APFهای سنتی با استفاده از IGBT به عنوان سوئیچ قدرت، فرکانس سوئیچینگ باید حداقل چهار برابر فرکانس رزونانس فیلتر LCL خروجی باشد. در واقعیت، IGBT های سنتی معمولاً زیر 30 کیلوهرتز کار می کنند. بنابراین، APFهایی که از IGBT به عنوان سوئیچ برق استفاده می‌کنند، برای دستیابی به استحکام قوی سیستم، به پهنای باند کنترلی چند صد هرتز نیاز دارند، اما پهنای باند کنترلی چند صد هرتز برای جبران هارمونیک‌های مرتبه بالاتر تقریباً کافی نیست. این امر دستیابی به تعادل معقول بین پایداری و قابلیت جبران را برای APFها تقریباً غیرممکن می‌کند و به طور قابل توجهی استفاده گسترده از آنها را محدود می‌کند.

ماسفت‌های SiC، به‌عنوان دستگاه‌های سوئیچ‌کننده برق نیمه‌رسانای نسل سوم، در سال‌های اخیر توسعه سریعی را تجربه کرده‌اند و اکنون به طور گسترده در محصولات مختلف الکترونیک قدرت استفاده می‌شوند. ماسفت‌های SiC فرکانس سوئیچینگ بالایی را حتی در برنامه‌های کاربردی با قدرت بالا حفظ می‌کنند، مشخصه‌ای که تقریباً برای APF (سوئیچ‌های برق خودکار) ساخته شده است. در APFهای با قدرت متوسط-تا{{6} (20 تا 200 آمپر)، ماسفت‌های SiC همچنان می‌توانند در فرکانس سوئیچینگ حدود 50 کیلوهرتز کار کنند. با ترکیب فناوری دو کاناله{11} و فناوری ادغام مغناطیسی، فرکانس ریپل فعلی در فیلتر LCL خروجی APF را می توان به بیش از 100 کیلوهرتز افزایش داد. این اجازه می دهد تا فرکانس رزونانس فیلتر LCL خروجی در حدود 20 کیلوهرتز (تضعیف -28 دسی بل) و پهنای باند کنترل در حدود 2.5 کیلوهرتز طراحی شود. این APF را قادر می سازد تا هارمونیک 51 را به طور کامل جبران کند (فرکانس اساسی 50 هرتز). علاوه بر این، به دلیل اینکه پهنای باند کنترل از فرکانس رزونانس فیلتر LCL خروجی فاصله دارد، سیستم استحکام بالایی را نشان می‌دهد و کمتر مستعد تشدید با شبکه توزیع برق است، بنابراین ناپایداری را کاهش می‌دهد. علاوه بر این، تلفات APF هایی که از ماسفت های SiC به عنوان دستگاه کلید برق اصلی استفاده می کنند، کمتر از تلفات APF هایی است که از IGBT های سنتی به عنوان دستگاه سوئیچینگ برق اصلی استفاده می کنند.

در نتیجه، ماسفت‌های SiC عملاً به عنوان دستگاه سوئیچینگ برق اصلی برای APF (سیستم‌های ضریب توان فعال) عالی هستند. آنها بدون شک کاربرد بیشتر و گسترده تر APFها و سایر محصولات با کیفیت توان فعال را هدایت می کنند و به شبکه توزیع برق سبز کمک می کنند.

شرکت برق Leonhard، یک شرکت{0}فناوری پیشرفته متخصص در تحقیق و توسعه و تولید محصولات با کیفیت توان SiC MOSFET، مجموعه کاملی از محصولات با کیفیت توان SiC MOSFET را از 20 تا 200 آمپر در سطوح ولتاژ چندگانه عرضه کرده است. محصولات اصلی آن از فناوری دو کاناله{4} و فناوری ادغام مغناطیسی استفاده می‌کنند که فرکانس سوئیچینگ معادل بیش از 100 کیلوهرتز را امکان‌پذیر می‌سازد، پایداری فوق-، تلفات کم، و اندازه کوچک را به دست می‌آورد.