中低壓MOS管在雙向型逆變器上的應(yīng)用

一、前言：

逆變器就是一種將低壓(12或24伏或48伏)直流電（電池、蓄電瓶）轉(zhuǎn)變?yōu)?20伏交流電的電子設(shè)備。由于我們通常是將220伏交流電整流變成直流電來(lái)運(yùn)用，而逆變器的作用與此相反，因此而得名。

在電力電子領(lǐng)域，逆變器作為將直流電轉(zhuǎn)換為交流電的關(guān)鍵設(shè)備，廣泛應(yīng)用于太陽(yáng)能發(fā)電、電動(dòng)汽車(chē)、不間斷電源(UPS)、儲(chǔ)能等多個(gè)領(lǐng)域。逆變器的前級(jí)推挽輸出結(jié)構(gòu)，因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、效率高而備受青睞。其中，MOS管(金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)作為重要的功率開(kāi)關(guān)元件。

二、中低壓MOS管在逆變器上的工作原理：

由于MOS管具有開(kāi)關(guān)控制特性，在逆變器前級(jí)所使用的中低壓MOS管是通過(guò)控制柵極電壓來(lái)調(diào)節(jié)電流的通斷，從而實(shí)現(xiàn)直流電到交流電的轉(zhuǎn)換。

中低壓MOS管，作為一種場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其工作原理基于電場(chǎng)控制電流的概念。當(dāng)柵極電壓（VGS）為正時(shí)，會(huì)在柵極和硅襯底之間的SiO2絕緣層中產(chǎn)生電場(chǎng)，吸引電子在漏極和源極之間形成導(dǎo)電溝道，從而允許電流通過(guò)。通過(guò)調(diào)整柵極電壓的大小，可以控制導(dǎo)電溝道的寬度，進(jìn)而控制流過(guò)的電流大小。這種控制方式使得MOS管非常適合用于需要精細(xì)電流控制的場(chǎng)合，如逆變器中。

在雙向型逆變器中，MOS管通過(guò)控制電路的控制，實(shí)現(xiàn)直流電到交流電的轉(zhuǎn)換。

這一過(guò)程包括幾個(gè)關(guān)鍵步驟：首先，通過(guò)全橋電路將低壓直流電升壓整流為高壓直流電，接著，通過(guò)SPWM將高壓直流電調(diào)制成正弦交流電。這個(gè)過(guò)程依賴(lài)于逆變電路、濾波電路以及控制電路的協(xié)同工作。

具體到中低壓MOS管在雙向型逆變器中的應(yīng)用，它們主要位于逆變前級(jí)，通過(guò)控制MOS管的通斷，實(shí)現(xiàn)從直流到交流的轉(zhuǎn)換。這種轉(zhuǎn)換對(duì)于家庭和工業(yè)用電設(shè)備來(lái)說(shuō)至關(guān)重要，因?yàn)樗试S使用直流電源來(lái)驅(qū)動(dòng)需要交流電源的設(shè)備。

在儲(chǔ)能逆變中，中低壓MOS管用在逆變前級(jí)，MOS選型一般為電池電壓的三倍以上，目前輸出功率1-3KW的已普遍采用100V，TOLL封裝的MOS。

三、雙向型逆變器上MOS管該如何選型？

在雙向型逆變器上選擇MOS管時(shí)，需要考慮多個(gè)關(guān)鍵因素，以確保逆變器的性能、效率和可靠性。以下是一些關(guān)鍵的選型步驟和考慮因素：

1?、確定N溝道或P溝道?：根據(jù)電路設(shè)計(jì)的需求，選擇N溝道或P溝道MOS管。在雙向型逆變器中，這取決于具體的電路設(shè)計(jì)的需求。

?2、額定電壓?：確定MOS管的最大工作電壓（VDS），這個(gè)值應(yīng)大于電路中的實(shí)際最高電壓，并留有足夠的電壓余量以確保安全。額定電壓應(yīng)當(dāng)大于干線(xiàn)電壓或總線(xiàn)電壓，一般會(huì)留出1.2~1.5倍的電壓余量，以提供足夠的保護(hù)，防止MOS管失效。

3?、電流能力?：根據(jù)電路中的最大預(yù)期電流選擇MOS管。額定電流應(yīng)是負(fù)載在滿(mǎn)載情況下都能承受的最大電流。同時(shí)，還需要考慮脈沖尖峰電流，確保MOS管能夠承受這些條件下短時(shí)的尖峰電流。

4、導(dǎo)通電阻（RDS(on)）?：選擇低RDS(on)的MOS管可以降低功率損耗并提高效率。

5. ?開(kāi)關(guān)性能?：考慮MOS管的開(kāi)關(guān)速度和相關(guān)的電容值，這對(duì)于高頻應(yīng)用尤為重要。需要選擇具有快速開(kāi)關(guān)特性的MOS管，以及考慮柵極/漏極、柵極/源極及漏極/源極電容，這些電容會(huì)影響MOS管的開(kāi)關(guān)速度和效率。所以低Ciss參數(shù)的MOS更適合在逆變器上使用。

6. ?封裝與散熱?：根據(jù)電路板空間、散熱需求和生產(chǎn)工藝選擇合適的封裝類(lèi)型。封裝尺寸和熱性能會(huì)影響MOS管的安裝和散熱效果。同時(shí)，需要分析系統(tǒng)的散熱需求，選擇能夠在這些條件下正常工作的MOS管。TOLL封裝具有更好的散熱性能、便利的貼裝效果以及能適應(yīng)更薄的結(jié)構(gòu)性能要求而開(kāi)始被各大廠家所使用。

7、溫度范圍?：確保所選MOS管的工作溫度范圍符合系統(tǒng)的工作環(huán)境要求。

8、?特殊應(yīng)用考慮?：對(duì)于低壓應(yīng)用（如使用5V或3V電源的場(chǎng)合），需要特別注意MOS管的開(kāi)啟電壓是否符合要求。寬電壓應(yīng)用可能需要內(nèi)置穩(wěn)壓管的MOS管來(lái)限制gate電壓的幅值。

9、?可靠性與質(zhì)量?：考慮制造商的聲譽(yù)、器件的質(zhì)量保證和長(zhǎng)期穩(wěn)定性。對(duì)于高可靠性應(yīng)用，可能需要選擇車(chē)規(guī)級(jí)或其他特定標(biāo)準(zhǔn)的MOS管。

10、成本與供貨?：在滿(mǎn)足性能要求的前提下，考慮MOS管的成本以及供應(yīng)商的交貨期和供應(yīng)穩(wěn)定性。

通過(guò)上述步驟的綜合考慮，可以選擇適合雙向型逆變器應(yīng)用的MOS管，確保逆變器的性能、效率和可靠性滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

四?、思開(kāi)半導(dǎo)體MOS在雙向型逆變器應(yīng)用上的選型推薦：

思開(kāi)半導(dǎo)體針對(duì)逆變器上的這些應(yīng)用要求，開(kāi)發(fā)出了具有低Rds-on且同時(shí)低Ciss參數(shù)的TOLL封裝SGT MOS產(chǎn)品（SS019N10LS,100V,305A,1.4?mΩ），已被多家客戶(hù)采用。性能穩(wěn)定，深受客戶(hù)一致好評(píng)。

相信思開(kāi)半導(dǎo)體在往后能開(kāi)發(fā)出更多具有極低導(dǎo)通電阻，低損耗，高雪崩耐量，高效率的、穩(wěn)定高、性能可靠的、能覆蓋更多的應(yīng)用場(chǎng)景的產(chǎn)品系列。

審核編輯 黃宇