Si MOSFET – Chất xúc tác thúc đẩy sự phát triển nhanh chóng của APF

Bộ lọc công suất tác dụng (APF), là thiết bị điện tử công suất tác dụng nhằm giảm thiểu các vấn đề về chất lượng điện như sóng hài, công suất phản kháng và mất cân bằng điện năng trong mạng lưới phân phối, đã có lịch sử phát triển gần nửa thế kỷ. Tuy nhiên, do những hạn chế như khả năng lọc thứ tự sóng hài hiệu quả tương đối thấp, dễ bị cộng hưởng với lưới điện dẫn đến mất ổn định hệ thống và tổn thất cao nên APF chưa được áp dụng rộng rãi. Trong thực tế, các bộ lọc thụ động truyền thống vẫn là giải pháp chủ đạo để giảm thiểu công suất sóng hài và công suất phản kháng trong mạng lưới phân phối.

Để giảm thiểu sóng hài hiện tại trong mạng phân phối, APF (Bộ lọc công suất tự động) cần duy trì đầu ra băng thông rộng, với băng thông điều khiển ít nhất là 1 kHz (lớn hơn 2,5 kHz nếu cần phải lọc dải hài bậc 51). Tuy nhiên, để duy trì sự ổn định của hệ thống, tần số cộng hưởng của bộ lọc LCL đầu ra của APF thường gấp vài lần băng thông điều khiển. Điều này có nghĩa là để hệ thống hoạt động mạnh mẽ, tần số cộng hưởng của bộ lọc LCL đầu ra của APF thường cần phải trên 20 kHz. Mặt khác, để lọc gợn chuyển mạch của APF truyền thống sử dụng IGBT làm công tắc nguồn, tần số chuyển mạch phải gấp ít nhất bốn lần tần số cộng hưởng của bộ lọc LCL đầu ra. Trên thực tế, IGBT truyền thống thường hoạt động ở tần số dưới 30 kHz. Do đó, các APF sử dụng IGBT làm công tắc nguồn yêu cầu băng thông điều khiển vài trăm Hz để đạt được độ bền vững của hệ thống, nhưng băng thông điều khiển vài trăm Hz gần như không đủ để bù cho các sóng hài bậc cao hơn. Điều này khiến APF gần như không thể đạt được sự cân bằng hợp lý giữa độ ổn định và khả năng bù, hạn chế đáng kể việc sử dụng rộng rãi chúng.

SiC MOSFET, là thiết bị chuyển mạch nguồn bán dẫn thế hệ thứ-thứ ba, đã có sự phát triển nhanh chóng trong những năm gần đây và hiện được sử dụng rộng rãi trong nhiều sản phẩm điện tử công suất khác nhau. MOSFET SiC duy trì tần số chuyển đổi cao ngay cả trong các ứng dụng có-công suất cao, một đặc tính gần như được thiết kế riêng-cho APF (Bộ chuyển mạch nguồn tự động). Trong các APF công suất trung bình-đến{6}}công suất cao (20~200A), MOSFET SiC vẫn có thể hoạt động ở tần số chuyển mạch khoảng 50kHz. Bằng cách kết hợp công nghệ xen kẽ kênh kép và công nghệ tích hợp từ tính, tần số gợn sóng hiện tại trong bộ lọc LCL đầu ra của APF có thể tăng lên hơn 100kHz. Điều này cho phép thiết kế tần số cộng hưởng của bộ lọc LCL đầu ra ở khoảng 20kHz (suy giảm -28dB) và băng thông điều khiển ở khoảng 2,5kHz. Điều này cho phép APF bù hoàn toàn sóng hài thứ 51 (tần số cơ bản 50Hz). Hơn nữa, do băng thông điều khiển cách xa tần số cộng hưởng của bộ lọc LCL đầu ra nên hệ thống thể hiện độ bền cao và ít bị cộng hưởng với mạng phân phối điện, do đó làm giảm sự mất ổn định. Ngoài ra, tổn thất của APF sử dụng MOSFET SiC làm thiết bị chuyển mạch nguồn chính thấp hơn so với tổn thất của APF sử dụng IGBT truyền thống làm thiết bị chuyển mạch nguồn chính.

Tóm lại, SiC MOSFET hầu như hoàn hảo làm thiết bị chuyển mạch nguồn chính cho APF (Hệ thống hệ số công suất chủ động). Chúng chắc chắn sẽ thúc đẩy ứng dụng APF và các sản phẩm chất lượng điện năng tích cực khác ngày càng rộng rãi hơn, góp phần xây dựng mạng lưới phân phối năng lượng xanh.

Công ty điện lực Leonhard, một-công ty công nghệ cao chuyên về R&D và sản xuất các sản phẩm chất lượng điện SiC MOSFET, đã cho ra mắt một loạt sản phẩm chất lượng điện SiC MOSFET đầy đủ từ 20 đến 200A ở nhiều cấp điện áp. Các sản phẩm cốt lõi của nó sử dụng công nghệ xen kẽ kênh đôi và công nghệ tích hợp từ tính, cho phép tần số chuyển mạch tương đương vượt quá 100kHz, đạt được độ ổn định cực cao, tổn thất thấp và kích thước nhỏ.