Si MOSFET – APF의 급속한 발전을 이끄는 촉매

능동 전력 필터(APF)는 배전망의 고조파, 무효 전력, 전력 불균형 등의 전력 품질 문제를 완화하기 위한 능동 전력 전자 장치로서 거의 반세기에 가까운 개발 역사를 가지고 있습니다. 그러나 상대적으로 낮은 유효 고조파 차수 필터링 용량, 전력망과의 공진에 대한 민감성으로 인해 시스템 불안정성, 높은 손실 등의 제한 사항으로 인해 APF는 널리 채택되지 않았습니다. 실제로 기존 수동 필터는 배전망의 고조파 및 무효 전력 완화를 위한 주류 솔루션으로 남아 있습니다.

배전망에서 전류 고조파를 완화하려면 APF(자동 전력 필터)는 최소 1kHz(최대 51차까지 필터링할 고조파 범위가 필요한 경우 2.5kHz 이상)의 제어 대역폭으로 넓은 대역폭 출력을 유지해야 합니다. 그러나 시스템 안정성을 유지하기 위해 APF 출력 LCL 필터의 공진 주파수는 일반적으로 제어 대역폭의 몇 배입니다. 이는 강력한 시스템 견고성을 위해서는 APF 출력 LCL 필터의 공진 주파수가 일반적으로 20kHz 이상이어야 함을 의미합니다. 반면, IGBT를 전원 스위치로 사용하는 기존 APF의 스위칭 리플을 필터링하려면 스위칭 주파수가 출력 LCL 필터 공진 주파수의 4배 이상이어야 합니다. 실제로 기존 IGBT는 일반적으로 30kHz 미만에서 작동합니다. 따라서 IGBT를 전원 스위치로 사용하는 APF는 강력한 시스템 견고성을 달성하기 위해 수백Hz의 제어 대역폭이 필요하지만, 수백Hz의 제어 대역폭은 고차 고조파를 보상하기에는 거의 부족합니다. 이로 인해 APF가 안정성과 보상 기능 사이의 합리적인 균형을 달성하는 것이 거의 불가능해 광범위한 사용이 크게 제한됩니다.

3세대-세대 반도체 전력 스위칭 장치인 SiC MOSFET은 최근 몇 년간 급속한 발전을 거듭해 현재 다양한 전력 전자 제품에 널리 사용되고 있습니다. SiC MOSFET은 고전력 애플리케이션에서도 높은 스위칭 주파수를 유지하며, 이는 APF(자동 전원 스위치)에 거의 맞춤화된 특성입니다-. 중{5}}~-고전력(20~200A) APF에서 SiC MOSFET은 여전히 ​​약 50kHz의 스위칭 주파수에서 작동할 수 있습니다. 듀얼 채널 인터리브 기술과 자기 통합 기술을 결합하면 APF 출력 LCL 필터의 전류 리플 주파수를 100kHz 이상으로 높일 수 있습니다. 이를 통해 출력 LCL 필터 공진 주파수를 약 20kHz(감쇠 -28dB)로 설계하고 제어 대역폭을 약 2.5kHz로 설계할 수 있습니다. 이를 통해 APF는 51번째 고조파(기본 주파수 50Hz)를 완전히 보상할 수 있습니다. 또한 제어 대역폭이 출력 LCL 필터 공진 주파수와 멀기 때문에 시스템은 강력한 견고성을 나타내며 배전 네트워크와 공진하는 경향이 적어 불안정성이 줄어듭니다. 또한, SiC MOSFET을 주전원 스위칭 소자로 사용하는 APF의 손실은 기존 IGBT를 주전원 스위칭 소자로 사용하는 APF보다 낮습니다.

결론적으로 SiC MOSFET은 APF(Active Power Factor Systems)용 주전원 스위칭 장치로서 사실상 완벽합니다. 이는 의심할 여지 없이 APF 및 기타 능동 전력 품질 제품의 적용을 더욱 광범위하게 추진하여 녹색 배전 네트워크에 기여할 것입니다.

SiC MOSFET 전력 품질 제품의 R&D 및 생산을 전문으로 하는 첨단 기술 기업인 Leonhard Electrical Company는 다양한 전압 레벨에 걸쳐 20~200A 범위의 SiC MOSFET 전력 품질 제품 전체 시리즈를 출시했습니다. 핵심 제품은 듀얼-채널 인터리브 기술과 자기 통합 기술을 활용하여 100kHz를 초과하는 등가 스위칭 주파수를 구현하고 초고-안정성, 저손실 및 소형 크기를 구현합니다.