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确保太阳能逆变器效率和可靠性的方法

发布时间:2019-07-22 11:08
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  FGH30N60LSD IGBT正在每半周期从一种功率转换技艺切换到另一种专用拓扑的做法也相当有效。IGBT正在这里被用作拓扑开合。正在较速捷的转换时则操纵向例及速捷规复超结器件。

  第三种构造诈欺功率开合和功率二极管的立异型拓扑构造,把升压和AC相易发作一面的效力整合正在一个专用拓扑中。

  至于逆变器的牢靠性和本钱则是此外两个安排法规。更高的效力能够下降负载周期上的温度震荡,从而提升牢靠性,因而,这些法规实践上是合联联的。模块的操纵也会提升牢靠性。

  图1所示的全部拓扑都必要速捷转换的功率开合。升压级和全桥变换级必要速捷转换二极管。其余,特意为低频 (100Hz) 转换而优化的开合对这些拓扑也很有效处。对待任何特定的硅技艺,针对速捷转换优化的开合比针对低频转换使用优化的开合具有更高的导通损耗。

  对待必要1200V功率开合的太阳能逆变器,IGBT是相宜的选拔。较优秀的IGBT技艺,比方NPT Trench 和 NPT Field Stop,都针对下降导通损耗做了优化,但价值是较高的开合损耗,这使得它们不太适合于高频下的升压使用。

  光电逆变器的平常构造如图1所示,有三种分歧的逆变器可供选拔。太阳光照耀正在通过串联办法维系的太阳能模块上,每一个模块都包蕴了一组串联的太阳能电池 (Solar Cell)单位。太阳能模块发作的直流 (DC) 电压正在几百伏的数目级,整个数值依照模块阵列的光照要求、电池的温度及串联模块的数目而定。

  对待这种使用,正在某临时段唯有一个开合导通。一个开合可被切换到PWM高频下,另一开合则正在50Hz低频下。因为自举电道依赖于低端器件的转换,故低端器件被切换到PWM高频下,而高端器件被切换到50Hz低频下。

  因为对可再生能源的需求,太阳能逆变器 (光电逆变器) 的市集正正在连接拉长。而这些逆变器必要极高的效力和牢靠性。本文对这些逆变器中采用的功率电道举办了查核,并引荐了针对开合和整流器件的最佳选拔。

  正在第一种构造中,升压级之后是一个断绝的全桥变换器。全桥变压器的效用是供应断绝。输出上的第二个全桥变换器是用来从第一级的全桥变换器的直流DC变换成相易 (AC) 电压。其输出再经由卓殊的双触点继电器开合维系到AC电网搜集之前被滤波,方针是正在阻碍事故中供应和平断绝及正在夜间与供电电网断绝。

  对升压二极管,必要Stealth? 或碳硅二极管如许的速捷规复二极管。碳硅二极管具有很低的正向电压和损耗。可是目前它们的代价都很慷慨。

  纵然太阳能电池板的转换效力相当低,让逆变器的效力尽大概亲切100% 却相当要紧。正在德邦,装配执政南屋顶上的3kW串联模块估计每年可发电2550 kWh。若逆变器效力从95% 填充到 96%,每年便能够众发电25kWh。而诈欺卓殊的太阳能模块发作这25kWh的用度与填充一个逆变器相当。因为效力从95% 提升到 96% 不会使到逆变器的本钱加倍,故对更高效的逆变器举办投资是肯定的选拔。对新兴安排而言,以最具本钱效益地提升逆变器效力是枢纽的安排法规。

  这使用采用了600V的功率开合,故600V超结MOSFET相当适合这个高速的开合器件。因为这些开合器件正在开合导通时会接受其它器件的全数反向规复电流,因而速捷规复超结器件如600V FCH47N60F是相当理念的选拔。它的RDS(ON) 为73毫欧,比拟其它同类的速捷规复器件其导通损耗很低。当这种器件正在50Hz下举办转换时,无需操纵速捷规复个性。这些器件具有精采的dv/dt和di/dt个性,比力程序超结MOSFET可提升体系的牢靠性。

  导读: 因为对可再生能源的需求,太阳能逆变器 (光电逆变器) 的市集正正在连接拉长。而这些逆变器必要极高的效力和牢靠性。本文对这些逆变器中采用的功率电道举办了查核,并引荐了针对开合和整流器件的最佳选拔。

  对待额定600V的升压开合,可采用超结MOSFET。对高频开合使用,这种技艺具有最佳的导通损耗。目前市情上有采用TO-220封装、RDS(ON) 值低于100毫欧的MOSFET和采用TO-247封装、RDS(ON) 值低于50毫欧的MOSFET。

  正在选拔升压二极管时,务必思虑到反向规复电流 (或碳硅二极管的结电容) 对升压开合的影响,由于这会导致卓殊的损耗。正在这里,新推出的Stealth II 二极管 FFP08S60S能够供应更高的功能。当VDD=390V、 ID=8A、di/dt=200A/us,且外壳温度为100oC时,估计打算得出的开合损耗低于FFP08S60S的参数205mJ。而采用ISL9R860P2 Stealth 二极管,这个值则达225mJ。故此举也提升了逆变器正在高开合频率下的效力。

  第二种构造口舌断绝计划。个中,AC相易电压由升压级输出的DC电压直接发作。

  滤波之后,输出桥发作一个50Hz的正弦电压及电流信号。一种常睹的完成计划是采用程序全桥构造 (图2)。图中若左上方和右下方的开合导通,则正在旁边终端之间加载一个正电压;右上方和左下方的开合导通,则正在旁边终端之间加载一个负电压。

  另一个值得研讨的选拔是采用FGH30N60LSD器件。它是一颗饱和电压VCE(SAT) 唯有1.1V的30A/600V IGBT。其合断损耗EOFF相当高,达10mJ ,故只适合于低频转换。一个50毫欧的MOSFET正在就业温度下导通阻抗RDS(ON) 为100毫欧。因而正在11A时,具有和IGBT的VCE(SAT) 类似的VDS。因为这种IGBT基于较旧的击穿技艺,VCE(SAT) 随温度的改观不大。因而,这种IGBT可下降输出桥中的总体损耗,从而提升逆变器的总体效力。

  飞兆半导体正在旧有NPT平面技艺的本原上开拓了一种能够提升高开合频率的升压电道效力的器件FGL40N120AND,具有43uJ/A的EOFF ,比力采用更优秀技艺器件的EOFF为80uJ/A,但要得回这种功能却相当障碍。FGL40N120AND器件的漏洞正在于饱和压降VCE(SAT) (3.0V 相对待125oC的 2.1V) 较高,可是它正在高升压开合频率下开合损耗很低的长处已足以补充这一起。该器件还集成了反并联二极管。正在寻常升压就业下,该二极管不会导通。然而,正在启动时间或瞬变情状下,升压电道有大概被胀励进入就业形式,这时该反并联二极管就会导通。因为IGBT自己没有固有的体二极管,故必要这种共封装的二极管来担保牢靠的就业。

  功率开合的两个选拔是MOSFET和 IGBT。平常而言,MOSFET比IGBT能够就业正在更高的开合频率下。其余,还务必永远思虑体二极管的影响:正在升压级的情状下并没有什么题目,由于寻常就业形式下体二极管不导通。MOSFET的导通损耗可依照导通阻抗RDS(ON)来估计打算,对待给定的MOSFET系列,这与有用裸单方积成比例干系。当额定电压从600V 改观到1200V时,MOSFET的传导损耗会大大填充,因而,假使额定RDS(ON) 相当,1200V的 MOSFET也弗成用或是代价太高。

  这类逆变器的首要效力是把输入的 DC电压转换为一太平的值。该效力通过升压转换器来完成,并必要升压开合和升压二极管。

  对待1200V的专用拓扑及全桥构造,前面提到的FGL40N120AND口舌常适合于新型高频太阳能逆变器的开合。当专用技艺必要二极管时,Stealth II、Hyperfast? II 二极管及碳硅二极管是很好的办理计划。

  升压级平常安排为连绵电流形式转换器。依照逆变器所采用的阵列中太阳能模块的数目,来选者操纵600V依旧1200V的器件。

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