安森美光伏逆變器系統(tǒng)設(shè)計(jì)指南

電路復(fù)雜且控制復(fù)雜

開(kāi)關(guān)上電壓減半

采用三電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)高效率

諧波質(zhì)量更好， dv/dt 更低，電感更小

靈活的換流支路選擇

目標(biāo) - 輸出功率大于 200 kW、電壓高達(dá) 1500 V 的系統(tǒng)

當(dāng) PF=1 時(shí) I-NPC 的功率損耗分布

A-NPC 與 I-NPC 比較
幾十年來(lái)， I-NPC 已被改進(jìn)為大功率光伏逆變器系統(tǒng)的理想選擇。然而，隨著系統(tǒng)演進(jìn)要求的不斷提高， INPC 的損耗平衡問(wèn)題變得至關(guān)重要。在 PF=-1 和小調(diào)制指數(shù)（M=0.05）的情況下，內(nèi)部 IGBT 是整流器工作模式中應(yīng)力最大的器件。當(dāng) PF=1 和 M=0.95 時(shí)，外部 IGBT 是逆變器工作模式下應(yīng)力最大的器件。介于兩者之間的所有工作點(diǎn)都不太重要。因此，我們提出了 A-NPC 方案，用帶有兩個(gè)反并聯(lián)二極管的 IGBT取代兩個(gè)箝位二極管。通過(guò)這種方法，換流支路變得更加靈活，優(yōu)化了損耗/熱分布，最終提高了輸出功率和效率。

三電平 A-NPC 功率集成模塊， Q2 封裝

特性
VCE = 1000 V， ICE = 800 A，場(chǎng)截止第四代 IGBT
提供高功率密度的模塊設(shè)計(jì)

低電感布局
內(nèi)置 NTC 熱敏電阻
提供焊接引腳和壓接引腳選項(xiàng)

優(yōu)點(diǎn)：

平衡損耗和散熱
靈活的換流支路選擇

應(yīng)用：

1500 V 分布式公用事業(yè)級(jí)光伏逆變器

EliteSiC， 1200 V MOSFET， M3S 系列：

新型 1200 V M3S 平面碳化硅 MOSFET 系列

針對(duì)高溫運(yùn)行進(jìn)行了優(yōu)化

改善寄生電容，適合高頻運(yùn)行

RDS(ON) =22 mΩ @VGS =18 V*

超低柵極電荷 (QG(TOT))=137 nC*

高速開(kāi)關(guān)，具有低電容特性(COSS =146 pF)*

提供開(kāi)爾文源極連接*

場(chǎng)截止第七代， IGBT， 1200 V

新型 1200V 溝槽型場(chǎng)截止第七代 IGBT 系列

溝槽窄臺(tái)面與質(zhì)子注入多重緩沖技術(shù)

提供快速開(kāi)關(guān)與低飽和壓降 VCE(SAT)類型

改進(jìn)寄生電容，適用于高頻運(yùn)行

通用封裝

目標(biāo)應(yīng)用 - 能源基礎(chǔ)設(shè)施、工廠自動(dòng)化

半橋全 SiC 集成功率模塊

2 × 1200 V 碳化硅 MOSFET， RDS（ON） = 10 mΩ

低熱阻

內(nèi)置 NTC 熱敏電阻

在更高電壓下改善了 RDS(ON)

更高效、更高功率密度

靈活的高可靠性熱接口解決方案

*NTH4L022N120M3S 主要特性

如何選擇柵極驅(qū)動(dòng)器？
電流驅(qū)動(dòng)能力：開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通和關(guān)斷實(shí)際上是輸入輸出電容器的充放電過(guò)程。更高的灌電流和拉電流能力意味著更快的導(dǎo)通和關(guān)斷速度，最終帶來(lái)更小的開(kāi)關(guān)損耗。

故障檢測(cè)：柵極驅(qū)動(dòng)器不僅用于驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)，還能保護(hù)開(kāi)關(guān)甚至整個(gè)系統(tǒng)。例如，欠壓鎖定（UVLO）可確保柵極驅(qū)動(dòng)器的電源處于良好狀態(tài)，去飽和（DESAT）用于檢測(cè)短路，有源米勒箝位可防止在快速開(kāi)關(guān)系統(tǒng)中出現(xiàn)誤導(dǎo)通。閱讀 AND9949 - NCD(V)57000/57001 柵極驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)筆記，了解保護(hù)功能。

抗擾性：共模瞬態(tài)抗擾度（CMTI）是指柵極驅(qū)動(dòng)器輸入和輸出電路之間共模電壓上升或下降的最大容許速率，它決定了該產(chǎn)品是否可用于快速開(kāi)關(guān)系統(tǒng)。大功率系統(tǒng)以非?？斓淖兓蔬\(yùn)行，例如大于 100 V/ns 時(shí)會(huì)產(chǎn)生非常大的電壓瞬變。隔離柵極驅(qū)動(dòng)器需要能夠承受高于額定電平的 CMTI，以防止低壓電路側(cè)產(chǎn)生噪聲，并防止隔離勢(shì)壘失效。

傳播延遲：傳播延遲是指從輸入 10%到輸出 90%的時(shí)間延遲（供應(yīng)商之間可能有所不同）。這種延遲會(huì)影響器件之間的開(kāi)關(guān)時(shí)序，這在高頻應(yīng)用中至關(guān)重要。設(shè)置死區(qū)時(shí)間可以避免擊穿乃至進(jìn)一步損壞，死區(qū)時(shí)
間設(shè)置得越少，開(kāi)關(guān)損耗就會(huì)越小。

兼容性：在新項(xiàng)目中，如果沒(méi)有重大設(shè)計(jì)變更，引腳對(duì)引腳的替換總是首選。選擇規(guī)格和封裝相似的柵極驅(qū)動(dòng)器有利于快速設(shè)計(jì)。

當(dāng)然，并非每一點(diǎn)都需要遵循。例如，與 IGBT 不同， 碳化硅 MOSFET 的輸出特性更像可變電阻，沒(méi)有飽和區(qū)，這意味著普通的去飽和檢測(cè)原理行不通。作為解決方案之一，通常使用電流傳感器來(lái)檢測(cè)過(guò)流，或使用溫度傳感器來(lái)檢測(cè)異常溫度。

NCP51561

碳化硅（SiC）隔離柵極驅(qū)動(dòng)器

4.5 A/9 A 峰值拉/灌電流

36 ns 傳播延遲， 8 ns 最大延遲匹配

5 kV 電隔離， CMTI≥200 V/ns

雙通道設(shè)計(jì)

8 毫米爬電距離的 SOIC-16WB 封裝

NCD57080

隔離型大電流柵極驅(qū)動(dòng)器

高電流峰值輸出（6.5 A/6.5 A）
欠壓鎖定（UVLO） ， 有源米勒箝位

3.5 kV 電隔離， CMTI≥100 V/ns

典型 60 ns 傳播延遲
單通道設(shè)計(jì)

8 毫米爬電距離的 SOIC-8WB 封裝