光伏逆变器组件与功率器件前程-KIA MOS管

信息来历：本站　日期：2018-01-12　

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光伏逆变器拓扑布局与功率器件的睁开

光伏逆变器作为电力电子手艺行业的一个首要分支，其手艺前进高度依靠于电子元器件和节制手艺的睁开。而跟着光伏发电轻风力发电等新能源大规模利用和降资本的需要，反过去又推动了电力电子手艺的睁开，最近几年来逆变器厂家合作狠恶，其整体趋势是体积愈来愈小，分量是愈来愈轻，发卖代价愈来愈低，那末，逆变器厂家是接纳哪些体例若何实现的？

1、尽可能削减功率器件的数目，前进功率器件的开关频次。

2、尽可能增添功率器件的数目，下降功率器件的开关频次。

你不看错，这两个貌似彼此抵触的计划，确是逆变器行业手艺路子的实在写照。为甚么是这类环境，逆变器的中间手艺是热设想手艺和输入电流谐波节制手艺，功率器件的开关频次越高，输入波形就越好，但器件的消耗也越高，逆变器体积最大，最贵的两种器件是散热器和电感，它们的体积、资本，分量约占逆变器的30%摆布，逆变器若何降资本，若何削减体积，都要在它们俩身上打主张。

要想削减散热器的体积，就必需要削减功率器件的热消耗，今朝有两种手艺路子：

一是接纳碳化硅资料的元器件，下降功率器件的内阻

二是接纳三电平，五电平等多电平电气拓扑和软开关手艺，下降功率器件两头的电压，下降功率器件的开关频次。电感是节制逆变器输入波形最关头的硬件，要想削减电感的体积，就必需增添功率器件的开关频次。

1、功率开关管的汗青：

第一代是可控硅，也称晶闸管(SCR)，它只能节制器件导通，器件关通要靠主电路电压反向来中断，是以说它是一种半控型器件，它的开关容量大，能到达几万安培，耐压高，但驱动电路布局很庞杂，器件的开关频次低，消耗也较大。

第二代是GTR，是电流节制型双极双结电力电子器件，它具有开关消耗小和阻断电压高的长处，但开关频次不高，驱动电流较大。

第三代是MOSFET，它是一种电压节制型器件，节制功率极低，开关频次高，但输入特征不好。

第四代是绝缘栅晶体管(IGBT)，它是一种用MOS栅节制的晶体管，它集合了GTR和MOSFET的长处，驱动电路简略和开关频次高，和MOSFET类似，输入电流大和GTR类似，第五代是到场SIC碳化硅资料的MOSFET和IGBT和碳化硅肖特基二极管。

碳化硅(SiC)器件属于宽禁带半导体组别，与经常使用硅(Si)器件比拟，有良多上风：一、是耐高压，碳化硅器件具有更高的击穿电场强度，最高耐压可达10kV，比硅(Si)器件耐压前进了几倍；二、是耐低温，其最高结温可达600度，而最新英飞凌的PrimePACK第四代IGBT，其最高结温是175度；三、是碳化硅器件开关消耗很是低，很是合适用于高开关频次体系，当开关频次大于20Khz时，碳化硅器件消耗是硅IGBT的50%。IGBT+Si二极管的消耗，跟着频次的修改消耗变更幅度很是大，而IGBT+SiC二极管的消耗，跟着频次的变更修改不是很大。出格是在16K到48K，其总消耗几近是线性的，增添幅度较小。

可是碳化硅也有错误谬误，限定了它的利用规模：

一、是电流较小，迄今为止SiCMOSFET和肖特基二极管的最大额外电流小于100A，大功率逆变器用不上；

二、是产能缺少，代价还比拟贵；

三、是不变性和硅基IGBT比拟还差一点；

2、软开关与多电平手艺

软开关手艺利用谐振道理，使开关器件中的电流或电压按正弦或准正弦纪律变更，当电流天然过零时，关断器件；当电压天然过零时，守旧器件。从而削减了开关消耗，同时极大地措置了感性关断，容性守旧等题目。当开关管两头的电压或流过开关管的电流为零时才导通或关断，如许开关管不会存在开关消耗。

软开关谐振变更器是由电感、电容构成谐振电路，增添了良多器件，体系变得庞杂，靠得住性下降；因为光伏逆变器要保障功率因素为1，是以软开关手艺只合适在前级DC-DC变更顶用到，后级的DC-AC变更还需要多电平手艺。

根据输入电压的电平数，逆变器能够分为两电安然平静多电平。

两电平换流器的首要长处有：电路布局简略，电容器数目少，占空中积小。但因为两电平逆变器器件需要蒙受的电压高，是以开关消耗较大，为了防止显现上述手艺困难，多电平初步显现，并受到了愈来愈多的存眷。

所谓多电平是指输入电压波形中的电平数即是或大于3的换流器，如三电平、五电平、七电平等。多电平换流器下降了两电平对开关器件两头的电压，可颠末合适的调制体例削减开关器件的开关消耗，同时对峙交换侧较低的谐波。

两电平与多电平长处：

1）消耗对照，两电平中主开关蒙受电压为为全数母线电压，三电平为直流侧电压一半，五电平为直流侧电压四分之一，电压的下降，带来消耗的下降和靠得住性增添。

2）输入谐波：输入电平台阶越多，波形越趋近与正弦波，三电平体系相对于两电平体系，相称于把开关频次前进一倍，五电平体系对两电平体系，相称于把开关频次前进两倍，前面的滤波电感容量就能够削减一到两倍。两电平与多电平错误谬误：三电平、五电安然平静两电平器件数目比拟，要多3倍到5倍，跟着器件的增添，主电路子路长，体系杂散电感增添，体系的靠得住性下降，节制算法也变得很庞杂。

综合起来，要想把逆变器体积下降，一个路子是利用碳化硅资料的功率开关器件，前进开关频次，下降电感的体积，但碳化硅今朝手艺还不是很是成熟，代价较贵，容量也比拟小，利用受到限定；另外一个路子是接纳软开关和多电平手艺，能够下降器件的电压，削减消耗，从而削减散热器的体积，还能够直接前进开关频次，下降电感的体积，可是这个计划元器件增添几倍，增添了体系的危险。

有不一种器件，既有碳化硅资料的低内阻，另有三电平布局的低电压，全部体系的元器件还不能多，还要好装置，好节制，靠得住性也要好，并且代价也不能太贵。集成这么多上风的元器件究竟有不？

这类功率器件还真有，它便是集成多个元器件的功率模块。下图是用于光伏逆变器的功率模块，它布局松散，将多个分立器件集成到一个模块中，削减了器件之间连线的寄生阻抗。功率模块驱动回路与主功率回路从不同的管脚别离引出，削减了IGBT主功率回路对驱动回路的电磁搅扰。模块设置装备摆设了NTC电阻，能够精准地检测模块外部温度。2802.png前级DC-DC电路由2个高速IGBT、4个碳化硅二极管和一个温度传感器等7个元器件构成，包罗双路boost模块，额外电流为50A，能够撑持25kW的MPPT回路。