跟着动力和环境问题日益凸显，太阳能作为一种清洁的可再生动力敏捷发展，太阳能发电设备激增，其间逆变器必不可少。安森美半导体的功率集成模块(PIM)计划供给高能效、高可靠性的逆变器规划。
太阳能逆变器、不间断电源(UPS)和储能体系(ESS)架构
在电池供电的作业状态下，UPS、ESS和太阳能逆变器由DC-DC转化器和DC-AC逆变器组成，处理计划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、沟通滤波电感和电容，而20至50kVA的UPS/ESS含输入滤波、功率因数校对 (PFC)、整流器、直流母线电容、逆变器模块、滤波电感和电容。UPS可在断电或电源不安稳的情况下供给备用电源，广泛用于为电信和数据中心、各种工业设备等很多运用中的要害器材供电。ESS正越来越多地与可再生动力结合布置，以保证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计划及趋势
由于对更高能效的需求，逆变器模块在典型运用中遍及选用多电平结构，尤其是3电平(NPC 或 T-NPC) 逆变器很受欢迎，由于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，输出滤波更小更挨近抱负的正弦波。当然由于IGBT数、驱动器数、辅佐电源数添加，物料单(BOM)本钱、操控计划复杂度也会添加。安森美半导体供给PIM计划，选用不带工频变压器的多串逆变器结构，一同优化芯片组及布板以下降损耗，到达高频开关，高能效及高功率密度的全体完成。
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完成低开关损耗，NPC曩昔广泛选用，而ANPC则具有低寄生电感的优势。安森美半导体供给的三电平计划包括20kW至220kW输出功率，选用Q0、Q1、Q2的不同封装供不同功率段的用户挑选。Q0、Q1封装别离用于达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
引荐的升压及逆变器模块及PIM选型攻略
表2列出了安森美半导体现在供给的升压及逆变器模块。这些模块都集成高速IGBT、Si/SiC二极管，完成高能效、紧凑的规划，内置热敏电阻，供给高可靠性，选用焊接/压合引脚，易于装置。
表2：引荐的 升压及逆变器模块
针对DC-DC升压模块，1个MPPT通道可支撑最大约25A光伏(PV) 输入(2个PV板并联)，各模块都有不同的MPPT数、IGBT额定电流、SiC二极管额定值，应依据运用所需的MPPT数和每路MPPT的功率选用恰当的模块和模块数。
关于1100V最大直流母线的运用，需依据运用所需的逆变器功率等级选用相应的3电平DC-AC逆变器模块。关于较小功率的逆变器需求，如10kVA，安森美半导体供给把a、b、c三相会集到1个Q1封装的三合一计划。
此外，针对近期敏捷增长的1500V光伏电站需求，安森美半导体还将推出1500V 三电平逆变器和升压模块，其1000V IGBT晶圆与商场干流的1200V晶圆比较，有较薄的衬底区，因而导通电阻更小，损耗显着下降。针对单相逆变器，安森美半导体将推出选用H6.5拓扑的模块，与广泛运用的H桥拓扑比较，大大下降共模电流以满意无阻隔变压器并网的安规要求。考虑到未来家用添加电池储能的需求，在晶圆选取时考虑双向功率活动，即可向电网送电，也可从电网取电存储在电池里，功率因数为1或-1时都可高效运转。
在挑选PIM时，首先应知晓运用需求，如额定功率和电压、是否需求升压模块、是选用3相仍是单相、选用什么拓扑，然后和运用工程师一同核算所需的模块数量，并用仿真软件核算损耗和最高结温。
有用规划示例
图2是一台60kW太阳能逆变器产品电路图。以1100V三相逆变器为例，赤色框图所示为1个直流升压模块，用于将较低的光伏板输入电压提升到较高的直流母线电容电压，蓝色框图所示为TNPC三电平逆变模块，完成直流到沟通的能量转化。
图2：太阳能逆变器电路(1100 V三相逆变器)
此外，还用到一些无源器材如电解电容、薄膜电容、共模电感、AC 滤波电感、DC 滤波电感、AC继电器等。电解电容支撑直流母线电压的安稳，薄膜电容用于吸收IGBT开关时发生的尖峰电压，共模电感在共模回路中供给高阻抗，按捺共模搅扰EMI、共模损耗。
若要规划1个80kW体系，假定选用4个Q0升压模块NXH80B120H2Q0SG和3个Q2Pack逆变模块NXH160T120L2Q2F2S1G，则每个MPPT的功率为：80/8 =10kW，PV电流为： 10kW/600V=16.67A，每个逆变模块的功率为：80/3=26.67kW。然后，经过仿真软件输入如下体系条件参数，核算能效并评价IGBT和二极管的结温。
图3：80 kW体系的规划示例
仿真成果显现，该规划计划的体系能效超越98%，损耗和热功能体现佳，因而是可行的。
门极驱动电路规划考量
IGBT的导通、关断需求给cge电路充电放电。在光伏运用领域，操控信号和高压回路是需求阻隔的。在布板时，应尽量将门极驱动电路放置在PIM模块邻近，以减小驱动回路杂散电感，由于较高的杂散电感或许会引起门极电压振动。在选取门极电阻值Rg时，需求在开关损耗和电压、电流应力之间进行折中。此外，规划人员需重视阻隔芯片的共模瞬态按捺 (CMTI)参数。
总结
全球都在转向可再生动力如太阳能代替传统动力，以处理日益凸显的动力和环境问题。安森美半导体供给各种3电平逆变器模块和升压模块，选用优化的功率半导体器材和封装规划，在太阳能逆变器、UPS和ESS体系中供给超越98%的能效和高可靠性，并供给各种与电源模块一同运用的门极驱动器以优化体系功能，一同辅以敏捷、深化的技术支撑，帮忙客户赢得商机和拓宽事务。
