太阳能微型逆变器组串式逆变器凌解决方案.pdf

太阳能微型逆变器 & 组串型逆变器 英飞凌解决方案 infineon power management road show sept 2013 strictly confidential for power management roadshow 2013 page 2 copyright infineon technologies 2011. all rights reserved. 目录 英飞凌功率器件在组串型逆变器中的应用 英飞凌功率器件在微型逆变器中的应用 太阳能逆变器概览 strictly confidential for power management roadshow 2013 太阳能逆变器分类 太阳能逆变器是将太阳能转换成交流电能并入电网的电力电子装置，主要包括： 集中式逆变器: 50500 kw 组串式逆变器: 1 kw20 kw 微型逆变器: 150w900w 8/23/2013 copyright infineon technologies 2011. all rights reserved. page 3 = = = = = = = = = = = = = 微型逆变器 & 太阳能优化器 微型逆变器 优化器 最大功率点追踪 mppt 电压型/电流型 逆变器 集中式逆变器 & 组串式逆变器 集中式逆变器 组串式逆变器 = = = = = = = = = strictly confidential for power management roadshow 2013 page 6 copyright infineon technologies 2011. all rights reserved. 目录 英飞凌功率器件在组串型逆变器中的应用 英飞凌功率器件在微型逆变器中的应用 太阳能逆变器概览 strictly confidential for power management roadshow 2013 组串型逆变器-mppt devices function recommended ifx part q1 boost mos coolmos p6 /c6/e6 (c7 适合高效设计) d1 boost diode sic sbd 600v or gen5 650v sic diode devices function recommended ifx part q1 boost mos 1200v sic jfet d1 boost diode 1200v gen2 sic diode 单相逆变器单相逆变器: 三相逆变器三相逆变器: 最大输入电压最大输入电压: 单相逆变器: 550v 三相逆变器: 1000v mppt 输出电压输出电压: 单相逆变器: 400v 三相逆变器: 800v strictly confidential for power management roadshow 2013 组串型逆变器-mppt(三电平) devices function recommended ifx part q1,q2 boost mos 300v optimos d1,d2 boost diode 300v diode devices function recommended ifx part q1,q2 boost mos coolmos p6 /c6/e6 (c7 适合高效设计) d1,d2 boost diode sic sbd 600v or gen5 650v sic diode 单相逆变器单相逆变器: 三相逆变器三相逆变器: 最大输入电压最大输入电压: single phase: 550v three phase: 1000v mppt 输出电压输出电压: single phase: 400v three phase: 800v strictly confidential for power management roadshow 2013 常用逆变电路 heric pros: 每个开关周期只有两个开关管在回路中，所以导 通损耗低 q5&q6 工作在低频开关，开关损耗低 高效率，抑制漏电流 控制简单 cons: 已申请专利 devices requirement recommended ifx part q1-q4(高频管) 低导通损耗+低开关损耗+ 快恢 复反并二极管(考虑无功功率要求) coolmos p6/c6 (cfd 考虑无功功率要求) q5,q6(低频管) 低导通损耗 igbt 600v trenchstop d1,d2 vf,qrr小 sic sbd 600v or gen5 650v sic diode strictly confidential for power management roadshow 2013 常用逆变电路 “h6” pros: 高效率，抑制漏电流 控制简单 cons: 每个开关周期有三个开关管在回路中，所以导通 损耗相对较大 devices requirement recommended ifx part q1-q4(high frequency) 低导通损耗+低开关损耗+ 快恢 复反并二极管(考虑无功功率要求) coolmos p6/c6 (cfd 考虑无功功率要求) q5,q6(low frequency) 低导通损耗 igbt 600v trench stop d1,d2 vf,qrr小 sic sbd 600v or gen5 650v sic diode strictly confidential for power management roadshow 2013 三电平逆变器 i字型 主要特点: 1). 谐波含量低 2).每个开关周期只有两个开关管在回路中，所以导通损耗低 3). q1- q4只需要 600v耐压器件 devices requirment recommended ifx part q1,q4(high frequency) 低导通损耗+低开关损耗+ 快恢 复反并二极管(考虑无功功率要求) coolmos p6/c6 (cfd 考虑无功功率要求) q2,q3(low frequency) 低导通损耗 igbt 600v trenchstop d3,d4 vf,qrr小 sic sbd 600v or gen5 650v sic diode strictly confidential for power management roadshow 2013 三电平逆变器 t字型 主要特点: 1). 谐波含量低 2).每个开关周期只有一个开关管在回路中，相比i型电路，导通损耗更低 3). q1 & q4 需要1200v耐压器件 devices requirement recommended ifx part q1,q4(high frequency) 低导通损耗+低开关损耗+ 快恢 复反并二极管(考虑无功功率要求) 1200v sicjfet q2,q3(low frequency) 低导通损耗 igbt 600v trench stop d1,d2 vf,qrr小 sic sbd 600v or gen5 650v sic diode d1 d2 q2 q3 strictly confidential for power management roadshow 2013 三相逆变器(npc,i字型) set date copyright infineon technologies 2010. all rights reserved. page 13 devices requirement recommended ifx part s1,s4,s5,s8,s9,s12 (高频管) 低导通损耗+低开关损耗+ 快恢 复反并二极管(考虑无功功率要求) coolmos p6/c6 (cfd 考虑无功功率要求) s2,s3,s6,s7,s10,s11 (低频管) 低导通损耗 igbt 600v trenchstop d1-d6 vf,qrr小 sic sbd 600v or gen5 650v sic diode strictly confidential for power management roadshow 2013 三相逆变器(sc,t字型) set date copyright infineon technologies 2010. all rights reserved. page 14 devices requirement recommended ifx part s1-s6(高频管) 低导通损耗+低开关损耗+ 快恢 复反并二极管(考虑无功功率要求) 1200v sicjfet s7-s12(低频管) 低导通损耗 igbt 600v trench stop d7-d12 (body diode of s7-s12 ) vf,qrr小 body diode of s7-s12 or anti-parallel sic sbd 600v or gen5 650v sic diode strictly confidential for power management roadshow 2013 page 15 copyright infineon technologies 2011. all rights reserved. 目录 英飞凌功率器件在组串型逆变器中的应用 英飞凌功率器件在微型逆变器中的应用 太阳能逆变器概览 strictly confidential for power management roadshow 2013 几种常见太阳能微型逆变器方案的比较 电流源型逆变器电流源型逆变器 + 逆变器工作在低频开关状态 + 效率高 + 逆变器输入端无需电解电容 - mppt端有100 hz 的纹波 - 输出侧需要额外的保护电路 - 没有处理无功功率的能力 电压源型逆变器电压源型逆变器 - 逆变器工作在高频开关状态 - 效率相对较低 - 逆变器输入端需要大的电解电容，保证bus 电压稳定，并高于输出电压的最大值 + mppt端没有100 hz 的纹波 + 输出侧不需要额外的保护电路 + 可以处理一定的无功功率 strictly confidential for power management roadshow 2013 电流源型逆变器() devices function recommended ifx part q1,q2 primary side mos optimos 150v (bsc190n15n3) d1,d2 rectifier diode sic sbd 1200v q5,q6 unfolding switch scr q7,q8 unfolding switch coolmos c3 800v (spb17n80c3) strictly confidential for power management roadshow 2013 devices function recommended ifx part q1,q2,q3,q4 primary side mos new optimos 60v (bsc028n06ns or bsz042n06ns) d1,d2,d3,d4 rectifier diode sic sbd 600v or gen5 650v sic diode q5,q6 unfolding switch scr q7,q8 unfolding switch coolmos c3 800v (spb17n80c3) 电流源型微型逆变器() strictly confidential for power management roadshow 2013 电流源型逆变器() devices function recommended ifx part q1,q2,q3,q4 primary side mos new optimos 60v (bsc028n06ns or bsz042n06ns) d1,d2,d3,d4 rectifier diode sic sbd 600v or gen5 650v sic diode q5,q6 unfolding switch scr q7,q8 unfolding switch coolmos c3 800v (spb17n80c3) q9 buck mos coolmos c6/e6 600v d5 buck diode sic sbd 600v or gen5 650v sic diode strictly confidential for power management roadshow 2013 电压源型逆变器-双极性调制 devices function recommended ifx part q1 primary side mos optimos 60v -150v(voltage rating depends on the topologies of dc/dc ) q2,q3,q4,q5(高频管) inverter mos coolmos cfd 650v d1,d2,d3,d4 rectifier diode sic sbd 600v or gen5 650v sic diode g g g g urur ucuc uouo uabuab pros: 漏电流小 控制简单 有处理无功功率的能力 适用于无变压器的设计 cons: 由于四个开关都工作在高频，所以效率相对单极性调制逆变器更低 strictly confidential for power management roadshow 2013 pros: 只有两个开关工作在高频，效率相对双极性调制逆变器更高 控制简单 有处理无功功率的能力 cons: 漏电流相对更大 不适用于无变压器设计 电压源型逆变器-单极性调制() devices function recommended ifx part q1 primary side mos optimos 60v -150v q2,q4(低频管) inverter mos coolmos c6/e6 600v/650v q3,q5(高频管) inverter mos coolmos cfd 650v d1,d2,d3,d4 rectifier diode sic sbd 600v or gen5 650v sic diode urur ucuc ugug1 1 ugug2 2 ugug3 3 ugug4 4 uabuab uouo strictly confidential for power management roadshow 2013 pros: 只有两个开关工作在高频，效率相对双极性调制逆变器更高 控制简单 有处理无功功率的能力 cons: 漏电流相对更大 不适用于无变压器设计 电压源型逆变器-单极性调制() devices function recommended ifx part q1 primary side mos optimos 60v -150v q2,q3(低频管) inverter mos coolmos cfd 650v q4,q5(高频管) inverter mos coolmos c6/e6 600v/650v d1,d2,d3,d4 rectifier diode sic sbd 600v or gen5 650v sic diode urur ucuc ugug1 1 ugug2 2 ugug3 3 ugug4 4 uabuab uouo strictly confidential for power management roadshow 2013 电压源型逆变器-单极性倍频调制 devices function recommended ifx part q1 primary side mos optimos 60v -150v q2,q3,q4,q5(高频管) inverter mos coolmos cfd 650v d1,d2,d3,d4 rectifier diode sic sbd 600v or gen5 650v sic diode pros: 有处理无功功率的能力 更小的emi尺寸 cons: 控制相对复杂 strictly confidential for power management roadshow 2013 英飞凌太阳能微型逆变器解决方案英飞凌太阳能微型逆变器解决方案 strictly confidential for power management roadshow 2013 太阳能微型逆变器的特点和优势 没有高压直流电，安全性更高，维护方便 输入端太阳能电池板的连接线路更为简单 根据屋顶面积和功率需求，通过多个微型 逆变器并联实现不同功率的输出 每一个或几个面板对应一个逆变器，安装 和维护成本低 由于对每个太阳能电池板进行最大功率点 追踪，可以提高电池板的利用率，进而提高系统 的效率 在太阳能电池板处于光照条件不好的情况下(比如被 遮光，或电池板上有杂物覆盖时)，相比其他类型的太阳 能逆变器，可以输出更多的功率 ac strictly confidential for power management roadshow 2013 微型逆变器设计趋势 设计趋势 高频化的mppt电路 高效率(cec 效率 96%) 寿命长(十年或以上) 更少的电解电容 能处理一定的无功功率 strictly confidential for power management roadshow 2013 太阳能逆变器效率计算 cec效率 cec 效率=0.04x(10%)+0.05x(20%)+0.12x(30%) +0.21x(50%)+0.53x(75%)+0.05x(100%) eu 欧效 eu 效率=0.03x(5%)+0.06x(10%)+0.13x(20%) +0.10x(30%)+0.48x(50%)+0.20x(100%) 8/23/2013 % 负载负载 10% 20% 30% 50% 75% 100% 所占比重 0.04 0.05 0.12 0.21 0.53 0.05 % 负载负载 5% 10% 20% 30% 50% 100% 所占比重 0.03 0.06 0.13 0.10 0.48 0.20 strictly confidential for power management roadshow 2013 英飞凌微型逆变器基本规格 8/23/2013 copyright infineon technologies 2011. all rights reserved. page 28 strictly confidential for power management roadshow 2013 微型逆变器基本结构图 8/23/2013 copyright infineon technologies 2011. all rights reserved. page 29 booster: 99% optimos optimos & sic diode coolmos coolset mcu llc controller strictly confidential for power management roadshow 2013 控制策略 系统控制策略 set date page 30 u_bus_ref boost fix freq. llc inverter grid u_bus ref. sine table u iac_ref iac inverter sw pwm iac uac pout_ref boost sw pwm pout strictly confidential for power management roadshow 2013 方案中所用器件 低压optimos mppt boost: bsc060n10ns3 mppt boost(bypass)：spb80p06p g llc主开关管：bsc028n06ns sic二极管 llc整流二极管：idh05s120 逆变侧续流二极管：idd06sg60c c6 coolmos 逆变侧开关管：ipb65r099c6 控制ic llc：ice2hs01g 辅助电源：ice2qr2280g mcu：xe161fl (mppt, bus电压，逆变电路) 8/23/2013 copyright infineon technologies 2011. all rights reserved. page 31 strictly confidential for power management roadshow 2013 boost电路 8/23/2013 copyright infineon technologies 2011. all rights reserved. page 32 100v optimos 60v pmos strictly confidential for power management roadshow 2013 升压电路 基本规格: 输入:22vdc-55vdc（mppt输入范围：25vdc-36vdc） 输出:45vdc 拓扑: boost变换器 使用的元器件: 控制器: isl6840 from intersil 低压mosfet: bsc070n10ns3,spb80p06p g 驱动ic: ucc27322 电感: 22uh, pq2620 目标峰值效率: =99% strictly confidential for power management roadshow 2013 boost效率测试结果 8/23/2013 copyright infineon technologies 2011. all rights reserved. page 34 strictly confidential for power management roadshow 2013 llc 控制电路 8/23/2013 copyright infineon technologies 2011. all rights reserved. page 35 ice2hs01g strictly confidential for power management roadshow 2013 llc 功率电路 8/23/2013 copyright infineon technologies 2011. all rights reserved. page 36 60v optimos 1200v sic diode strictly confidential for power management roadshow 2013 llc电路 基本规格: 输入:45vdc 输出:360vdc 拓扑结构: 全桥llc+半波整流（变压器副边带中心抽头） 使用的元器件: 控制器: ice2hs01g 低压mosfet: bsc028n06ns 驱动ic: lm5100a 碳化硅二极管: idh05s120 铁氧体磁芯: 谐振电感 pq3220, llc变压器-eer35 目标效率: =98% strictly confidential for power management roadshow 2013 llc 测试波形(1) q201 ch2=vgs 5v/div (红), ch3=vds 20v/div (蓝) 满载 8/23/2013 copyright infineon technologies 2011. all rights reserved. page 38 mosfet开通 mosfet关断 strictly confidential for power management roadshow 2013 llc 测试波形 (2) q202 ch2=vgs 5v/div (红), ch3=vds 20v/div (蓝) 满载 8/23/2013 copyright infineon technologies 2011. all rights reserved. page 39 mosfet开通 mosfet关断 strictly confidential for power management roadshow 2013 llc 测试波形(3) q203 ch2=vgs 5v/div (红), ch3=vds 20v/div (蓝) 满载 8/23/2013 copyright infineon technologies 2011. all rights reserved. page 40 mosfet开通 mosfet关断 strictly confidential for power management roadshow 2013 llc 测试波形(4) q204 lower mos ch2=vgs 5v/div (红), ch3=vds 20v/div (蓝) 满载 8/23/2013 copyright infineon technologies 2011. all rights reserved. page 41 mosfet开通 mosfet关断 strictly confidential for power management roadshow 2013 llc 测试波形(5) 输出整流碳化硅二极管 ch4=vac (绿) 满载 8/23/2013 copyright infineon technologies 2011. all rights reserved. page 42 strictly confidential for power management roadshow 2013 llc 效率测试结果 8/23/2013 copyright infineon technologies 2011. all rights reserved. page 43 strictly confidential for pow