Si MOSFETs – Pemangkin Memacu Pembangunan Pantas APF

Penapis kuasa aktif (APF), sebagai peranti elektronik kuasa aktif untuk mengurangkan isu kualiti kuasa seperti harmonik, kuasa reaktif dan ketidakseimbangan kuasa dalam rangkaian pengedaran, mempunyai sejarah pembangunan hampir setengah abad. Walau bagaimanapun, disebabkan oleh batasan seperti kapasiti penapisan susunan harmonik berkesan yang agak rendah, kerentanan kepada resonans dengan grid kuasa yang membawa kepada ketidakstabilan sistem, dan kerugian yang tinggi, APF belum diterima pakai secara meluas. Dalam amalan, penapis pasif tradisional kekal sebagai penyelesaian arus perdana untuk pengurangan kuasa harmonik dan reaktif dalam rangkaian pengedaran.

Untuk mengurangkan harmonik semasa dalam rangkaian pengedaran, APF (Penapis Kuasa Automatik) perlu mengekalkan output lebar jalur yang luas, dengan lebar jalur kawalan sekurang-kurangnya 1 kHz (lebih daripada 2.5 kHz jika julat harmonik yang akan ditapis sehingga urutan ke-51 diperlukan). Walau bagaimanapun, untuk mengekalkan kestabilan sistem, kekerapan resonan penapis LCL keluaran APF biasanya beberapa kali lebar jalur kawalan. Ini bermakna untuk keteguhan sistem yang kukuh, frekuensi resonan penapis LCL keluaran APF secara amnya perlu melebihi 20 kHz. Sebaliknya, untuk menapis riak pensuisan APF tradisional menggunakan IGBT sebagai suis kuasa, kekerapan pensuisan mestilah sekurang-kurangnya empat kali frekuensi resonan penapis LCL keluaran. Pada hakikatnya, IGBT tradisional biasanya beroperasi di bawah 30 kHz. Oleh itu, APF yang menggunakan IGBT sebagai suis kuasa memerlukan lebar jalur kawalan beberapa ratus Hz untuk mencapai keteguhan sistem yang kukuh, tetapi lebar jalur kawalan beberapa ratus Hz hampir tidak mencukupi untuk mengimbangi harmonik tertib lebih tinggi-. Ini menjadikan hampir mustahil untuk APF mencapai keseimbangan yang munasabah antara kestabilan dan keupayaan pampasan, dengan ketara mengehadkan penggunaannya secara meluas.

MOSFET SiC, sebagai peranti pensuisan kuasa semikonduktor generasi ketiga-, telah mengalami perkembangan pesat dalam beberapa tahun kebelakangan ini dan kini digunakan secara meluas dalam pelbagai produk elektronik kuasa. MOSFET SiC mengekalkan frekuensi pensuisan yang tinggi walaupun dalam-aplikasi kuasa tinggi, ciri yang hampir disesuaikan-dibuat untuk APF (Suis Kuasa Automatik). Dalam APF kuasa sederhana-ke-tinggi (20~200A), MOSFET SiC masih boleh beroperasi pada frekuensi pensuisan sekitar 50kHz. Dengan menggabungkan dua{11}}teknologi celahan saluran dan teknologi penyepaduan magnetik, frekuensi riak semasa dalam penapis LCL keluaran APF boleh ditingkatkan kepada lebih 100kHz. Ini membolehkan frekuensi resonan penapis LCL keluaran direka pada sekitar 20kHz (pelemahan -28dB) dan lebar jalur kawalan pada sekitar 2.5kHz. Ini membolehkan APF mengimbangi sepenuhnya harmonik ke-51 (frekuensi asas 50Hz). Tambahan pula, kerana lebar jalur kawalan jauh daripada frekuensi resonan penapis LCL keluaran, sistem mempamerkan kekukuhan yang kuat dan kurang terdedah kepada resonans dengan rangkaian pengagihan kuasa, sekali gus mengurangkan ketidakstabilan. Di samping itu, kerugian APF menggunakan MOSFET SiC sebagai peranti pensuisan kuasa utama adalah lebih rendah daripada kerugian APF yang menggunakan IGBT tradisional sebagai peranti pensuisan kuasa utama.

Kesimpulannya, MOSFET SiC hampir sempurna sebagai peranti pensuisan kuasa utama untuk APF (Sistem Faktor Kuasa Aktif). Mereka sudah pasti akan memacu aplikasi APF yang lebih lanjut dan lebih luas dan produk kualiti kuasa aktif yang lain, menyumbang kepada rangkaian pengagihan kuasa hijau.

Syarikat elektrik Leonhard, sebuah syarikat-berteknologi tinggi yang mengkhusus dalam R&D dan pengeluaran produk kualiti kuasa SiC MOSFET, telah melancarkan siri penuh produk kualiti kuasa SiC MOSFET antara 20 hingga 200A merentasi pelbagai tahap voltan. Produk terasnya menggunakan teknologi dwi-sambungan saluran dan teknologi penyepaduan magnetik, membolehkan frekuensi pensuisan yang setara melebihi 100kHz, mencapai kestabilan ultra-tinggi, kehilangan rendah dan saiz kecil.