概述

　　APF(有源电力滤波器)是用于动态抑制谐波、补偿无功的电力电子设备，可以消除电网中的谐波污染、减少电能质量问题，APF对电流总谐波失真(THD)的要求是THD<5%，整机效率>97%。

　　本方案针对业内广泛使用的50kVA容量的APF，主功率电路采用了I型三电平拓扑，提高了整机的开关频率(最高50kHz)，功率器件采用高集成度NPC IGBT模块以及高可靠性iDriver驱动。高集成度的功率器件、优化的拓扑结构和模块化的封装可以帮助工程师设计出更加高效、可靠的产品。

　　优势

　　· Vincotech IGBT模块(10-FY07NPA150SM02-L365F08)，采用I型三电平拓扑和H5晶圆，开关频率最高支持50kHz，提高整机的功率密度，缩小体积。同时该模块集成单个桥臂所需的IGBT、钳位二极管以及吸收电容，集成度高，增强可靠性，并提高生产效率;

【10-FY07NPA150SM02-L365F08】

Features

● NPC inverter topology

● Optimized for full rated bi-directional usage(4 quadrant operation)

● High-speed IGBT in all switch positions

● NTC

● Low inductive design with integrated DC capacitor

● flow 1 12mm package

Target applications

● Solar inverter

● UPS

Types

● 10-FY07NPA150SM02-L365F08

● 10-PY07NPA150SM02-L365F08Y

　　· PI隔离驱动IC(SID11x2K)，采用FluxLink™信号隔离技术，是目前市场上最大的门极电流驱动芯片，驱动电流最大可达8A，无需外置推挽电路。内部集成驱动侧+15V稳压器，外围电路更加简单，节省Bom成本以及PCB布板空间。同时还具有业内最大的爬电距离(9.5mm)，集成Vce退饱和压降检测、高级软关断功能，可靠性更高。

【SID11x2KQ】

汽车专用可提供加强绝缘的单通道IGBT/MOSFET门极驱动器

典型应用基本原理图

产品详情

SID11x2KQ是采用eSOP封装的单通道IGBT和MOSFET驱动器。该器件利用Power Integrations创新的固体绝缘FluxLink技术实现了加强绝缘。其8 A峰值输出驱动电流可直接驱动600 A(典型值)的IGBT和MOSFET，而无需使用外置推动级。对于超出SID11x2KQ的最大输出电流的门极驱动要求，可以在外部添加一个放大器(推动级)。稳定的门极正负电压由一个单绕组隔离电压源提供。

该器件还具有带高级软关断(ASSD)的短路保护(DESAT)、用于原方和副方的欠压保护(UVLO)以及带温度和过程补偿输出阻抗的轨到轨输出等更多功能，可确保产品即使在严苛的条件下也能安全工作。

控制器(PWM和故障)信号兼容5 V CMOS逻辑电平，使用外部分压电阻还可将逻辑电平调整到15 V。

主要特征

高度集成，外形紧凑

独立的门极开通和关断管脚，可提供8 A峰值驱动电流

集成的FluxLink技术为原方与副方提供可靠绝缘

轨到轨输出电压且稳压

副方单电源供电

适合600V/650V/1200V IGBT和MOSFET功率开关

开关频率最高至75kHz

传输延迟时间非常短，仅为260 ns

±5 ns传输延迟抖动

-40°C至125℃工作环境温度

具有较高的共模瞬态抗扰性

采用9.5mm电气间隙和爬电距离的eSOP封装

先进的保护/安全功能

原方和副方欠压保护(UVLO)与故障反馈

采用VCESAT监控和故障反馈的短路保护

高级软关断(ASSD)

完全符合各项安规要求

产品100%进行局部放电测试

产品100%进行6 kV RMS 1秒的HIPOT合规性测试

VDE 0884-10加强绝缘认证正在申请中

通过AEC-Q100汽车级认证1级标准

环保封装

无卤素且符合RoHS标准

产品详情

SID11x2KQ是采用eSOP封装的单通道IGBT和MOSFET驱动器。该器件利用Power Integrations创新的固体绝缘FluxLink技术实现了加强绝缘。其8 A峰值输出驱动电流可直接驱动600 A（典型值）的IGBT和MOSFET，而无需使用外置推动级。对于超出SID11x2KQ的最大输出电流的门极驱动要求，可以在外部添加一个放大器（推动级）。稳定的门极正负电压由一个单绕组隔离电压源提供。

该器件还具有带高级软关断(ASSD)的短路保护(DESAT)、用于原方和副方的欠压保护(UVLO)以及带温度和过程补偿输出阻抗的轨到轨输出等更多功能，可确保产品即使在严苛的条件下也能安全工作。

控制器（PWM和故障）信号兼容5 V CMOS逻辑电平，使用外部分压电阻还可将逻辑电平调整到15 V。

主要特征

高度集成，外形紧凑

• 独立的门极开通和关断管脚，可提供8 A峰值驱动电流

• 集成的FluxLink技术为原方与副方提供可靠绝缘

• 轨到轨输出电压且稳压

• 副方单电源供电

• 适合600V/650V/1200V IGBT和MOSFET功率开关

• 开关频率最高至75kHz

• 传输延迟时间非常短，仅为260 ns

• ±5 ns传输延迟抖动

• -40°C至125℃工作环境温度

• 具有较高的共模瞬态抗扰性

• 采用9.5mm电气间隙和爬电距离的eSOP封装

先进的保护/安全功能

• 原方和副方欠压保护(UVLO)与故障反馈

• 采用V_CESAT监控和故障反馈的短路保护

• 高级软关断(ASSD)

完全符合各项安规要求

• 产品100%进行局部放电测试

• 产品100%进行6 kV RMS 1秒的HIPOT合规性测试

• VDE 0884-10加强绝缘认证正在申请中

• 通过AEC-Q100汽车级认证1级标准

环保封装

• 无卤素且符合RoHS标准

产品型谱

注释：

封装 - K:eSOP-R16B。

      【有源电力滤波器】

　　有源电力滤波器(APF：Active power filter)是一种用于动态抑制谐波、补偿无功的新型电力电子装置，它能够对不同大小和频率的谐波进行快速跟踪补偿，之所以称为有源，是相对于无源LC滤波器，只能被动吸收固定频率与大小的谐波而言，APF可以通过采样负载电流并进行各次谐波和无功的分离，控制并主动输出电流的大小、频率和相位，并且快速响应，抵消负载中相应电流，实现了动态跟踪补偿，而且可以既补谐波又补无功和不平衡。

　　APF主要采用FFT算法，DFT算法以及三相电路瞬时无功功率理论算法;APF有并联型和串联型两种，前者用的多;并联有源滤波器主要是治理电流谐波，串联有源滤波器主要是治理电压谐波等引起的问题。

　　有源滤波器同无源滤波器比较，治理效果好，主要可以同时滤除多次及高次谐波，不会引起谐振，但是价位相对高!实际应用安全系数很低，国际普遍做法是以变压器升压，来保证可靠性，国家相关部门也要求以变压器升压的形式和有源滤波器结合，治理高压谐波!

　　(1)低纹波电流，高电流响应速度

　　纹波电流和电流响应速度是矛盾的两个指标。作为有源电力滤波器，其基本原理是检测负载谐波，注入反相谐波，以谐波的相互抵消达到滤波的目的。一般的有源电力滤波器是一个电流模式控制的电压源逆变器。输出电流是通过逆变器输出的电压作用在输出电感上产生的。逆变器采用脉冲宽度调制，根据电工的基本原理，纹波电流决定于开关频率、直流母线电压、输出电感的大小，与电流环的控制无关。开关频率越高纹波电流越小、直流母线电压越高，纹波电流越大;输出电感越大，纹波电流越小。而逆变器期望的输出电流是由电流环所控制。有源电力滤波器输出谐波电流，如果按基波50Hz，补偿50次谐波计算，最高谐波频率将达到2.5kHz。有源电力滤波器对电流响应速度有很高的要求。电流响应速度与直流母线电压和输出电感大小有关。直流母线电压越高，电流响应越快;输出电感越大，电流响应越慢。我们期望输出纹波电流越小越好，电流响应速度越快越好，这是一对矛盾。从上述分析可以看出，两电平有源电力滤波器解决这个矛盾的办法只能是提高开关。在某些厂家的两电平有源电力滤波器产品的开关频率已经达到20kHz。但是，开关频率的提高带来的是更高的开关损耗以及驱动损耗，有源电力滤波器的单机容量会受到限制，而对于更高电压等级的有源电力滤波器，高压的IGBT根本就不允许那么高的开关频率。然而，三电平有源电力滤波器从原理上就是一个解决上述问题的方案。三电平逆变器可以输出正、负、零三种电压，在计算纹波电流时，只需按直流母线电压的一半计算。由此，在相同开关频率、相同直流母线电压、相同纹波电流要求的前提下，三电平的输出电感为两电平的一半，同时器件的开关损耗和电感上的纹波损耗也会降低。在计算电流响应速度时，起作用的将是全部直流母线电压，而输出电感的减半，将加快电流的响应速度，增强滤波效果，提高单机容量。

　　(2)提高系统耐压，应用于较高电压系统

　　通常国内低压电网为400V，但是对于某些行业，其低压电网会比较高，例如石油钻机传动采用的是600V，矿山用电可能是690V或1140V，而某些行业的电压等级可能更加多样，但一般都是500V以上。如何解决这些行业谐波治理需求，是一个问题。通常为了提高电流响应速度、保证补偿效果，处理谐波的有源电力滤波器比处理基波的变频器或并网逆变器需要更高的直流母线电压。通常两电平逆变器的直流母线电压是交流电网电压有效值的2倍。对于380V应用，直流母线电压一般在700V～750V，而对于600V，直流母线电压需要达到1200V。很多企业的做法是加一个变压器，将其他等级的电压变为400V。通过谐波的变压器是经过特殊设计的，价格比较高，体积也比较大，变压的损耗也会比较大。而采用三电平技术，可以用耐压较低的管子组成耐压较高的变流器系统，可以直接连接到电压较高的电网上，同时保证较好滤波效果和单机容量。