采用功率集成模块设计出高能效、高可靠性的太阳能逆变器

2019-08-09 16:27

随着能源和环境问题日益凸显,太阳能作为一种清洁的可再生能源迅速发展,太阳能发电设施激增,其中逆变器必不可少。安森美半导体的功率集成模块(PIM)方案提供高能效、高可靠性的逆变器设计。 

太阳能逆变器、不间断电源(UPS)和储能系统(ESS)架构
在电池供电的工作状态下,UPS、ESS 和太阳能逆变器由 DC-DC 转换器和 DC-AC 逆变器组成,解决方案享有高度的相似性和通用性。如图1所示,20至200kVA 组串型太阳能逆变器含升压电感、升压模块、直流母线电容、逆变器模块、交流滤波电感和电容,而20至50kVA的 UPS/ESS 含输入滤波、功率因数校正 (PFC)、整流器、直流母线电容、逆变器模块、滤波电感和电容。UPS 可在断电或电源不稳定的情况下提供备用电源,广泛用于为电信和数据中心、各种工业设施等无数应用中的关键器件供电。ESS 正越来越多地与可再生能源结合部署,以保障不间断的供电并促进电网的现代化。

图1:太阳能逆变器/UPS/ESS 典型框图

太阳能逆变器/UPS/ESS 方案及趋势
由于对更高能效的需求,逆变器模块在典型应用中普遍采用多电平结构,尤其是3电平(NPC 或 T-NPC) 逆变器很受欢迎,因为3电平比2电平逆变器能效更高,电流总谐波失真(THD)更小,输入漏电流低,输出滤波更小更接近理想的正弦波。当然由于 IGBT 数、驱动器数、辅助电源数增加,物料单(BOM)成本、控制方案复杂度也会增加。安森美半导体提供 PIM 方案,采用不带工频变压器的多串逆变器结构,同时优化芯片组及布板以降低损耗,达到高频开关,高能效及高功率密度的整体实现。

典型的3电平逆变器拓扑
TNPC、NPC、ANPC 是3种典型的3电平逆变器拓扑,TNPC 实现低开关损耗,NPC 过去广泛采用,而 ANPC 则具备低寄生电感的优势。安森美半导体提供的三电平方案涵盖20kW 至220kW 输出功率,采用Q0、Q1、Q2的不同封装供不同功率段的用户选择。Q0、Q1封装分别用于达25kW、40kW 的升压模块和达15kW、20kW 的逆变模块。Q2封装带铜基板,因而增强散热性,用于达220kW 的1500V逆变模块和达90kW 的1100V 逆变模块。


表1:典型的3电平逆变器拓扑

推荐的升压及逆变器模块及 PIM 选型指南
表2列出了安森美半导体目前提供的升压及逆变器模块。这些模块都集成高速 IGBT、Si/SiC二极管,实现高能效、紧凑的设计,内置热敏电阻,提供高可靠性,采用焊接/压合引脚,易于安装。

PIM_OPN

产品说明

 封装

封装选择

升压模块

Q0PACK / 双升压/1200V,

40A IGBT SiC 二极管

MPPT数:2

IGBT额定电流:41A

SiC二极管额定值:3X5A

 PIM Q0

焊接引脚

Q0PACK /双升压/1200V,

40A IGBT Si二极管

 PIM Q0

焊接引脚

Q0PACK /双升压/1200V,

40A IGBTSiC二极管

MPPT数:2

IGBT额定电流:50A

SiC二极管额定值:2X10A

 PIM Q0

焊接引脚/压合引脚  

 

Q1PACK / 3通道升压/

1200V IGBTSiC二极管

MPPT数:3

IGBT额定电流:68A

SiC二极管额定值:4X5A

 PIM Q1

压合引脚

逆变模块

 

 Q0PACK / 80A TNPC 逆变器

3相逆变器最大总功率:30kVA

3相逆变器中的模块数:3

 

 PIM Q0

焊接引脚

 Q1PACK / 160A TNPC逆变器

3相逆变器最大总功率:6kVA

3相逆变器中的模块数:3

 

 PIM Q1

压合引脚/焊接引脚

 

 Q2PACK /160A TNPC逆变器

3相逆变器最大总功率:90kVA

3相逆变器中的模块数:3

 

 PIM Q2

焊接引脚

Q1PACK / 25A TNPC 逆变器

3相逆变器最大总功率:10kVA

3相逆变器中的模块数:1

PIM Q1

压合引脚/焊接引脚

 

 Q2PACK / 1100V 系统INPC逆变器

3相逆变器最大总功率:140kVA

3相逆变器中的模块数:3

 

 PIM Q2

焊接引脚

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