Si MOSFET – APF の急速な開発を促進する触媒

アクティブパワーフィルタ（APF）は、配電網における高調波、無効電力、電力不均衡などの電力品質問題を軽減するためのアクティブパワーエレクトロニクスデバイスであり、半世紀近くの開発の歴史があります。しかし、有効次数フィルタリング能力が比較的低いこと、システムの不安定性を引き起こす送電網との共振の影響を受けやすいこと、損失が大きいことなどの制限により、APF は広く採用されていません。実際には、配電ネットワークにおける高調波および無効電力を軽減するためのソリューションとしては、従来のパッシブ フィルターが依然として主流です。

配電網内の電流高調波を軽減するには、APF (自動電力フィルター) が少なくとも 1 kHz (51 次までの高調波範囲をフィルターする必要がある場合は 2.5 kHz 以上) の制御帯域幅で、広帯域幅の出力を維持する必要があります。ただし、システムの安定性を維持するために、APF の出力 LCL フィルターの共振周波数は通常、制御帯域幅の数倍になります。これは、システムの堅牢性を高めるには、APF の出力 LCL フィルターの共振周波数が通常 20 kHz 以上である必要があることを意味します。一方、パワースイッチとして IGBT を使用する従来の APF のスイッチング リップルをフィルタリングするには、スイッチング周波数が出力 LCL フィルタの共振周波数の少なくとも 4 倍である必要があります。実際には、従来の IGBT は通常 30 kHz 未満で動作します。したがって、パワー スイッチとして IGBT を使用する APF は、強力なシステムの堅牢性を実現するために数百 Hz の制御帯域幅を必要としますが、高次の高調波を補償するには数百 Hz の制御帯域幅ではほとんど不十分です。{10}}このため、APF が安定性と補償能力の間の適切なバランスを達成することがほぼ不可能になり、その普及が大幅に制限されます。

第 3 世代の半導体パワー スイッチング デバイスである SiC MOSFET は、近年急速に発展しており、現在ではさまざまなパワー エレクトロニクス製品で広く使用されています。{0} SiC MOSFET は、高電力アプリケーションでも高いスイッチング周波数を維持します。これは、ほぼ APF (自動電源スイッチ) 向けに作られた特性です。-中-〜-高電力（20〜200A）APFでも、SiC MOSFETは約50kHzのスイッチング周波数で動作できます。デュアル チャネル インターリーブ技術と磁気統合技術を組み合わせることで、APF の出力 LCL フィルタの電流リップル周波数を 100kHz 以上まで高めることができます。これにより、出力 LCL フィルターの共振周波数を約 20kHz (減衰 -28dB)、制御帯域幅を約 2.5kHz に設計できます。これにより、APF は 51 次高調波 (基本周波数 50Hz) を完全に補償することができます。さらに、制御帯域幅が出力 LCL フィルタの共振周波数から離れているため、システムは強力な堅牢性を示し、配電ネットワークとの共振が起こりにくくなり、不安定性が軽減されます。さらに、主電力スイッチング デバイスとして SiC MOSFET を使用した APF の損失は、主電力スイッチング デバイスとして従来の IGBT を使用した APF よりも低くなります。

結論として、SiC MOSFET は、APF (Active Power Factor System) の主電源スイッチング デバイスとして事実上完璧です。これらは間違いなく、APF やその他のアクティブ電力品質製品のさらに広範な応用を推進し、グリーン配電ネットワークに貢献するでしょう。

Leonhard electric company は、SiC MOSFET の電力品質製品の研究開発と生産を専門とするハイテク企業で、複数の電圧レベルにわたる 20 ～ 200A の範囲の SiC MOSFET 電力品質製品の全シリーズを発売しました。{0}そのコア製品は、デュアル チャネル インターリーブ技術と磁気統合技術を利用しており、100kHz を超える等価スイッチング周波数を実現し、超高安定性、低損失、小型サイズを実現しています。-