Si MOSFET – Un catalyseur du développement rapide des APF

Les filtres de puissance active (APF), en tant que dispositifs électroniques de puissance active destinés à atténuer les problèmes de qualité de l'énergie tels que les harmoniques, la puissance réactive et les déséquilibres de puissance dans les réseaux de distribution, ont un historique de développement de près d'un demi-siècle. Cependant, en raison de limitations telles que la capacité efficace de filtrage des ordres harmoniques relativement faible, la susceptibilité à la résonance avec le réseau électrique conduisant à l'instabilité du système et les pertes élevées, les APF n'ont pas été largement adoptés. Dans la pratique, les filtres passifs traditionnels restent la solution courante pour atténuer les harmoniques et la puissance réactive dans les réseaux de distribution.

Pour atténuer les harmoniques de courant dans le réseau de distribution, un APF (Automatic Power Filter) doit maintenir une large bande passante de sortie, avec une bande passante de contrôle d'au moins 1 kHz (supérieure à 2,5 kHz si la plage d'harmoniques à filtrer jusqu'au 51ème ordre est requise). Cependant, pour maintenir la stabilité du système, la fréquence de résonance du filtre LCL de sortie de l'APF est généralement plusieurs fois supérieure à la bande passante de contrôle. Cela signifie que pour une forte robustesse du système, la fréquence de résonance du filtre LCL de sortie de l'APF doit généralement être supérieure à 20 kHz. D'autre part, pour filtrer l'ondulation de commutation des APF traditionnels utilisant des IGBT comme commutateurs de puissance, la fréquence de commutation doit être au moins quatre fois supérieure à la fréquence de résonance du filtre LCL de sortie. En réalité, les IGBT traditionnels fonctionnent généralement en dessous de 30 kHz. Par conséquent, les APF utilisant des IGBT comme commutateurs de puissance nécessitent une bande passante de contrôle de plusieurs centaines de Hz pour obtenir une forte robustesse du système, mais une bande passante de contrôle de plusieurs centaines de Hz est presque insuffisante pour compenser les harmoniques d'ordre supérieur -. Cela rend presque impossible pour les APF d’atteindre un équilibre raisonnable entre stabilité et capacité de compensation, ce qui limite considérablement leur utilisation généralisée.

Les MOSFET SiC, en tant que dispositifs de commutation de puissance à semi-conducteurs de troisième-génération, ont connu un développement rapide ces dernières années et sont désormais largement utilisés dans divers produits électroniques de puissance. Les MOSFET SiC maintiennent une fréquence de commutation élevée même dans les applications à haute-puissance, une caractéristique presque sur mesure-conçue pour les APF (Automatic Power Switches). Dans les APF de puissance moyenne-à-élevée (20 ~ 200 A), les MOSFET SiC peuvent toujours fonctionner à une fréquence de commutation d'environ 50 kHz. En combinant la technologie d'entrelacement à double canal et la technologie d'intégration magnétique, la fréquence d'ondulation actuelle dans le filtre LCL de sortie de l'APF peut être augmentée jusqu'à plus de 100 kHz. Cela permet de concevoir la fréquence de résonance du filtre LCL de sortie à environ 20 kHz (atténuation de -28 dB) et la bande passante de contrôle à environ 2,5 kHz. Cela permet à l'APF de compenser entièrement la 51ème harmonique (fréquence fondamentale 50 Hz). De plus, étant donné que la bande passante de contrôle est éloignée de la fréquence de résonance du filtre LCL de sortie, le système présente une grande robustesse et est moins sujet à la résonance avec le réseau de distribution d'énergie, réduisant ainsi l'instabilité. De plus, les pertes des APF utilisant des MOSFET SiC comme principal dispositif de commutation de puissance sont inférieures à celles des APF utilisant des IGBT traditionnels comme principal dispositif de commutation de puissance.

En conclusion, les MOSFET SiC sont pratiquement parfaits en tant que principal dispositif de commutation de puissance pour les APF (Active Power Factor Systems). Ils favoriseront sans aucun doute l’application plus large et plus large des APF et d’autres produits de qualité d’énergie active, contribuant ainsi à un réseau de distribution d’énergie verte.

Leonhard Electrical Company, une société de haute-technologie spécialisée dans la R&D et la production de produits de qualité d'énergie SiC MOSFET, a lancé une série complète de produits de qualité d'énergie SiC MOSFET allant de 20 à 200 A sur plusieurs niveaux de tension. Ses produits principaux utilisent une technologie d'entrelacement à double canal-et une technologie d'intégration magnétique, permettant une fréquence de commutation équivalente supérieure à 100 kHz, atteignant une stabilité ultra-élevée, une faible perte et une petite taille.