光伏并网pscad_100kW级组串式光伏逆变器的英飞凌模块方案介绍

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光伏逆变器市场具有市场容量大、增长速度快的特点。对于不同的应用场景，逆变器的功率水平也非常不同。在光伏逆变器家族中，由于其体积小、安装灵活、使用场景多样化，近年来整体出货量呈现出快速增长的趋势，单串逆变器的最大功率范围也逐年增加。

图1是典型的光伏发电系统，逆变器的主要功能是将电池板波动的直流电转化为与电网电压相同频率的交流电。串联光伏逆变器的功率单元可分为电路结构上的升压单元(DC/DC)和逆变单元(DC/AC)。升压单元用于跟踪电池板的最大功率(MPPT), 根据电池板的连接方式和逆变器的功率等级，升压单元可以一路或多路不等。逆变器用于将直流电压转换为工频并网电压，最后通过隔离变压器连接到电网。

图1.光伏发电系统示意图

与其他应用领域不同，光伏逆变器主要在功率因数为1的逆变模式下工作，功率因数的调整范围仅为-0.8~ 0.8之间。因此，不需要二极管的电流规格IGBT正是因为这个原因，通用模块没有在一定的包装尺寸内发挥最大功率密度。英飞凌充分发挥芯片技术和包装技术的双重领先优势。近年来，针对不同功率等级的光伏应用推出了多种定制模块方案。

以1100V母线电压，100kW以组串逆变器为例，英飞凌为上述两个功率单元推出了系统级解决方案。下面逐一介绍:

1. 升压单元解决方案：DF225R12W2H3F_B11 ——集成化的3路MPPT模块

100KW组串光伏逆变器一般有8~10路MPPT, 每一路约为12kW, 工作模式相对独立。单管方案在市场上也很常见，与单管方案相比，模块方案的集成度更高。DF225R12W2H3F_B11模块的包装如图2所示：这是一个Easy2B包装模块。模块的电路结构如图3所示：三路集成在内部MPPT, 一路配备低饱和压降旁路二极管。

图2. DF225R12W2H3F_B11封装外形

图3. DF225R12W2H3F_B11电路拓扑

该模块内的芯片配置作为光伏应用的定制模块，结合了光伏应用的特点和工况，IGBT采用的是英飞凌在1200V广泛应用于单管H3芯片。熟悉光伏逆变器的行业合作伙伴必须非常熟悉该芯片。该芯片具有优异的高频特性，非常适合光伏逆变器的应用需求。推荐使用频率可达16~24kHz。与此同时，该模块搭载SiC二极管，SiC二极管的使用极大地提高了系统的效率和性能。图4显示了硅二极管和碳化硅二极管的测量结果。SiC二极管能有效减少自身的反向恢复损失IGBT从而打开损失boost电路总损耗降低30%。

图4. Si二极管和SiC对比二极管对系统的损耗

值得一提的是，该模块还内置了旁路二极管。该模块配备了超低正向压降的慢速二极管，有助于提高光伏逆变器的最大效率。

每一个DF225模块内密封3路MPPT，一路MPPT连接两串电池板的功率约为12kW。客户可以根据实际直流侧容量需求确定需要多少个模块。相当于传统的单管方案，模块方案集成度更高，系统设计更简单方便。

为了使结果更有说服力，我们模拟了典型的极限工况，如表1所示：

表1：DF225典型工况下的模拟结果

从仿真结果可以看出，该模块是否存在IGBT热应力最大的工况是二极管热应力最大的工况，温度余量相对安全。而且效率也不错。

2. 逆变单元解决方案：F3L400R07W3S5_B11-帮助光伏逆变器达到1000kW等级

为了在380Vrms并网电压达到1000kW逆变器输出电流的额定输出功率需要152A。这么大的电流是对晶圆规格和包装散热能力的考验。这里英飞凌隆重推荐F3L400R07W3S5_B11模块。该模块采用英飞凌新型Easy3B如图5所示。与传统相比Easy2B封装，可实现几乎两倍的输出功率，具有较小的热阻。在拓扑结构上，逆变模块采用Ⅰ型三电平拓扑，如图6所示。该拓扑允许使用低压650V晶圆，相对于1200V的晶圆，650V晶圆具有更好的高频特性和较小的损耗。

图5. Easy3B封装外形

图6. F3L400R07W3S5_B11模块电路拓扑

当功率因素为1时，内管(T2,T3)工频工作模式。基于此，英飞凌第五代慢速低饱和压降芯片650用于内管晶圆的选择V L5。而外管(T1,T4)需要高频动作，所以搭配第五代快速芯片650V S5。最大限度地提高了逆变器的转换效率。基于以上介绍，我们应该意识到该模块是为光伏行业定制的英飞凌深入挖掘应用需求的模块。

在光伏逆变器的典型极限条件下，我们还根据不同的功率因素进行了两组模拟，如表2所示：

表2：F3L400R07W3S5_B11典型工况模拟结果

从模拟结果来看，该模块应用于100kW逆变器有着较低的损耗，并且晶圆温度也有着足够的安全余量。

3.总结

DF225R12W2H3F_B11 F3L400R07W3S5_B11 英飞凌的组合是100kW串联光伏逆变器量体裁衣一体化系统方案。从模拟结果可以看出，该方案是100kW下有着不错的效率表现，以及安全的温度余量。值得一提的是，这也是目前行业1100的目标VDC光伏系统380V并网电压下的最大功率等级。由于升压模块DF225R12W2H3F_B除了1000，11的应用更灵活kW除了逆变器，它还可以广泛应用于30kW上述组串逆变器。目前这两个模块已经处于量产状态，有兴趣的朋友赶紧联系我们。

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