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探索逆变器小型化趋势 碳化硅、软开关技术成研

作者:cp彩票 发布时间:2019-11-16 19:23 点击:

  近年来,逆变器厂家竞争激烈,其总体趋势是体积越来越小,重量是越来越轻,是什么在推动着逆变器小型化发展?

  逆变器的核心技术是热设计技术和输出电流谐波控制技术,功率器件的开关频率越高,输出波形就越好,但器件的损耗也越高,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、成本,重量约占逆变器的30%左右。

  要想减少散热器的体积,就必须要减少功率器件的热损耗,目前有两种技术路线:一是采用碳化硅材料的元器件,降低功率器件的内阻;二是软开关技术,降低功率器件两端的电压,降低功率器件的开关频率。电感是控制逆变器输出波形最关键的硬件,要想减少电感的体积,就必须增加功率器件的开关频率。

  碳化硅(SiC)器件属于宽禁带半导体组别,与常用硅(Si)器件相比,有许多优势:一是耐高压,碳化硅器件具备更高的击穿电场强度,最高耐压可达10kV,比硅(Si)器件耐压提高了几倍;二是耐高温,其最高结温可达600度;三是碳化硅器件开关损耗非常低,非常适合用于高开关频率系统,当开关频率大于20Khz时,碳化硅器件损耗是硅IGBT的50%。

  其缺点是缩小了应用范围,一是电流较小,迄今为止SiC MOSFET和肖特基二极管的最大额定电流小于100A,大功率逆变器用不上;二是产能不足,价格还比较贵;三是稳定性和硅基IGBT相比还差一点。

  软开关技术利用谐振原理,软开关谐振变换器是由电感、电容组成谐振电路,使开关器件中的电流或者电压按正弦或者准正弦规律变化,当电流自然过零时,关断器件;当电压自然过零时,开通器件。从而减少了开关损耗,同时极大地解决了感性关断,容性开通等问题。当开关管两端的电压或流过开关管的电流为零时才导通或者关断,这样开关管不会存在开关损耗。

  其缺点是,这种技术增加了很多器件,系统变得复杂,可靠性降低;由于光伏逆变器要保证功率因素为1,因此软开关技术只适合在前级DC-DC变换中用到,后级的DC-AC变换还需要多电平技术。

  总而言之,要想把逆变器体积降低,一个途径是使用碳化硅材料的功率开关器件,提高开关频率,降低电感的体积,但碳化硅目前技术还不是非常成熟,价格较贵,容量也比较小,应用受到限制;另一个途径是采用软开关和多电平技术,可以降低器件的电压,减少损耗,从而减少散热器的体积,还可以间接提高开关频率,降低电感的体积,但是这个方案元器件增加几倍,增加了系统的风险。

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