在儲(chǔ)能電源系統(tǒng)中，光伏逆變器是“核心”，牽一發(fā)而動(dòng)全身。逆變器對(duì)半導(dǎo)體功率器件性能指標(biāo)和可靠性要求日益提高，更高的工作室電壓、更大的工作電流、更高的功率密度以及更高的工作溫度都將是未來(lái)的挑戰(zhàn)。因此，碳化硅是其中的技術(shù)突破關(guān)鍵點(diǎn)，國(guó)內(nèi)光伏逆變器市場(chǎng)的發(fā)展將帶來(lái)碳化硅器件需求增長(zhǎng)。

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碳化硅（SiC）器件在當(dāng)前的趨勢(shì)下能夠提供更高的效率。與傳統(tǒng)的硅基 MOSFET/IGBT 相比，碳化硅器件在高電壓應(yīng)用中更為適用。高電壓器件可簡(jiǎn)化拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，無(wú)需使用多電平轉(zhuǎn)換器。SiC 逆變器解決方案的損耗低于 IGBT 解決方案。 SiC MOSFET 的開(kāi)關(guān)速度也更快，因此可以縮小無(wú)源器件（尤其是電感器）的尺寸。這兩個(gè)因素提高了功率密度，使相同尺寸和重量的設(shè)備具有更高的功率。不過(guò)， 需要在成本和性能之間進(jìn)行權(quán)衡，了解實(shí)際要求以決定最合適的解決方案。

IGBT 與碳化硅二極管

SiC 二極管的替代正變得越來(lái)越普遍，尤其是在 DC-DC 階段，因?yàn)槠涑杀驹絹?lái)越低廉，無(wú)需對(duì)電路設(shè)計(jì)進(jìn)行大的改動(dòng)，最重要的是，系統(tǒng)性能得到了很好的改善。此外， 提高頻率還能減小無(wú)源器件的尺寸。

在大功率產(chǎn)品（> 200 kW）中， IGBT 是首選，因?yàn)?IGBT 在處理大電流時(shí)具有良好的性能。而且系統(tǒng)不需要很高的工作開(kāi)關(guān)速率，這意味著較慢的 IGBT 關(guān)斷速度不會(huì)帶來(lái)太多問(wèn)題。另一方面，完整的 SiC 系統(tǒng)需要全新的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，成本很高。例如，基于 IGBT 的轉(zhuǎn)換器的驅(qū)動(dòng)電路與基于 SiC 的系統(tǒng)不兼容。還需要考慮新的保護(hù)方法，因?yàn)?SiC 元件的短路耐受時(shí)間（SCWT）比 IGBT 短。

碳化硅有效減少電路體積

• 下圖對(duì)比一個(gè)使用SiC MOSFET電源模塊與普通電源模塊，大小尺寸差異：

	普通電源模塊	SiC MOSFET電源模塊
廠家	MEAN  WELL	Infineon
型號(hào)	CSP-3000-400	基于Infineon  SiC MOSFET  IPW60R017C7與IPU95R3K7P7 的電源方案
參數(shù)	輸入·：180 ~  264 VAC 輸出：400  VDC 功率：3000W	輸入：176  VAC - 265 VAC 輸出：400  VDC 功率：3300W （來(lái)源于Infineon方案）
尺寸	278.0mm x 177.8mm x 63.5mm 體積：3139 立方厘米	208mm x 89mm x40mm 體積：740立方厘米

上述方案采用的SiC MOSFET產(chǎn)品如下：

• InfineonIPW60R017C7 CoolSiC? N 通道 600 V 109A  446W

• InfineonIPU95R3K7P7    N 通道 950 V 2A

其他逆變器方案：

基于STM32G474的400W微型逆變器方案

方案規(guī)格：

1. Vin（標(biāo)準(zhǔn)輸入電壓）：36V

2. Vin_max（最大輸入電壓）：55V

3. Vin_min（最小輸入電壓）：18V

4. MPPT范圍：20V至40V

5. Iin（標(biāo)稱輸入電流）：12A

6. Imax（最大輸入電流）：18A

7. Vbus（DC-DC標(biāo)稱輸出電壓）：380V

8. Vbus_max（DC-DC最大輸出電壓）：400V

9. Vac（交流標(biāo)稱輸出電壓）：110VAC/60Hz、220VAC/50Hz

10. Iac（交流最大輸出電流）：1.8A/220VAC、3.6A/110VAC

11. Pac（最大輸出功率）：400W

方案優(yōu)勢(shì)：

1. 電源應(yīng)用 : 400W Microinverter 

2. 數(shù)位控制 (主控制芯片 : STM32G474 )

3. 使用單一 MCU做 MPPT 與 Inverter 控制功能

4. 使用 PLL 鎖相環(huán)進(jìn)行環(huán)路控制

5. 隔離型 MPPT 符合規(guī)范需求

6. 采用ST第三類 SiC半導(dǎo)體，高頻操作縮小體積 

7. 太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成交流電并回電網(wǎng)

方案二：基于HC32F334的500W光伏微型逆變器方案

?  PV電壓范圍：25~60V

?  電網(wǎng)電壓：200~240V @50Hz

?  最大輸出功率：500W

?  開(kāi)關(guān)頻率：60kHz~200kHz

?  峰值效率：94.7%

?  入網(wǎng)電流THD：3.2% @Vpv=45V 500W

?  PF：>0.99

?  基于自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的數(shù)字電源控制器方案

?  高性能主控芯片HC32F334

?  交錯(cuò)反激采用谷底開(kāi)通斷續(xù)模式，提高系統(tǒng)效率

?  交錯(cuò)反激輸出饅頭波，減小反激輸出母線電容

?  全橋逆變采用工頻開(kāi)關(guān)，提高系統(tǒng)效率

?  經(jīng)典擾動(dòng)式MPPT環(huán)，快速準(zhǔn)確找到MPPT點(diǎn)

?  保護(hù)功能齊全：輸出過(guò)流，輸入反激過(guò)流保護(hù)，反激輸出電壓過(guò)壓保護(hù)等

?  效率高達(dá)94.7%

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