【应用】采用SiC共源共栅器件构成的三电平逆变器可实现太阳能转化效率最大化
大型太阳能发电站的经济基础是通过向电网出售能源来赚钱。能源转换效率和设备成本是决定可行性的极为重要的因素，同时两者都受到设计选择的影响即构造逆变器和相关的功率电子调节设备。碳化硅技术有望大大提高效率，但还必须考虑其他因素，包括所需的功率器件数目及其相关的传导/开关损耗，以及与额定电压相关的器件尺寸和成本。
逆变器通常在其输入端需要一个DC / DC转换器，该转换器能够实现降压或升压功能，以确保在面板输出波动时保持稳定的DC链路电压。逆变器拓扑结构会影响DC / DC转换器电路的设计，并且两者都会对所需的电源开关数量以及BOM成本产生深远影响。
一个基本的六组三相逆变器，由三对高、低侧晶体管组成，这看起来可能是最简单，成本最低的解决方案，但是，众所周知这种配置会在交流中性点和直流输入之间会产生四步共模电压，其幅度等于直流链路电压。在大型太阳能发电站中，这会在直流母线中引起无法接受的漏电流。如果逆变器规范要求隔离，则变压器可有效防止这些泄漏电流流过，但是如果不需要隔离，则引入专用补偿变压器会增加不必要的额外成本和体积。
使用三电平逆变器拓扑结构，不需要添加变压器，即可显着降低共模电压，从而降低漏电流。通常考虑中性点钳位（NPC）或晶体管型中性点钳位（TNPC）拓扑。另外需要额外的开关，这增加了损耗，其相关的驱动器也会进一步增加BOM成本，而控制逆变器则是一个更为复杂的挑战。另一方面，设计人员可以通过自主选择设备来优化总体成本和逆变器性能。
真正的设计选择
考虑设计一个50 kVA的发电机需要有一个800 V的额定直流电压，一个300-800 V的输入电压升压器和25 kHz的工作频率。图1比较了使用标准的两级或三级逆变器拓扑构建此类转换器/逆变器所需的电源开关数量。该设计基于功耗分析，使用并联连接的开关将结温至少保持在规定的最高温度25°C以下。功耗分析假设半导体与散热器之间没有电隔离。
图1.两级和三级逆变器的功率半导体组件数量
就组件总数而言，由12个UJ3C120040K3S 1200V SiC共源共栅器件和6个UJ3C065030K3S 650V SiC共源共栅器件组成的TNPC电路似乎是赢家。图2显示了一个包含TNPC和输入端合适的升压器示例示意图。
图2.具有非隔离升压器的TNPC三电平逆变器
与TNPC相比，二极管钳位的NPC电路（图3）具有更多的半导体元件数量。图1的功率分析也证实了这一点。 NPC逆变器包括24个UJ3C065030K3S SiC共源共栅器件和6个UJ3D06560KS SiC肖特基二极管，而TNPC电路总共包括18个共源共栅。但是NPC只能使用650V设备，这显示了这种拓扑的强度：相对于组件额定值，它允许更高的DC链路电压。
图3. NPC逆变器可以使用低压组件来承受较高的输入电压。
如果DC链路电压为800V，则TNPC需要1200V开关以确保有足够的电压裕度，以避免功率设备的单粒子烧毁（SEB）。在NPC拓扑中，它们仅需为650V。使用1200V部件时，NPC可以在高达1500V的输入电压下工作。如果可靠性模型要求有足够的电压裕度，或者直流母线电压超过要求1000V，那么支持NPC逆变器和三级升压器的理由就很有说服力。
碳化硅共源共栅的优势
在逆变器和升压器电路中使用UnitedSiC的SiC共源共栅器件具有更多的优势，除了提高能源效率、热稳定性和击穿电压与模具尺寸之外，还具有其他优势。在逆变器中，UJ3系列共源共栅可以仅用10V或更低的电压保持，如果使用自举栅极驱动电源，这有助于确保足够的保持时间。为了缩短开关时间，栅极电压应为+ 15-18V才能导通，而-5V则可为关断。
另外，在升压器中使用共源共栅代替二极管，这意味着升压器+逆变器可以处理两个方向的功率。根据功率流的方向，共源共栅可以用作开关或二极管，因此系统可以用作DC-AC逆变器或AC-DC有源前端整流器，可应用在太阳能发电机存储能量或为UPS供电设备中。考虑到热负荷在逆变器和整流器模式之间变化，因此升压器中每个开关位置的设备数量必须相等。
总体而言，SiC共源共栅（具有高能效，高耐用性以及快速关断性能）为设计人员提供了更大的灵活性，如可在两级或三级升压器/逆变器拓扑的系统中处理好开关频率，DC链路电压，可靠性和BOM成本。TNPC逆变器通常是首选的，因为在非隔离设计中使用三级拓扑结构可以最小化共模电压。当需要更高的输入电压时，NPC拓扑结构将是一个最佳的选择。
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型号- UJ3D06506TS,UJ3D1220KSD,UF3C065040T3S,UF3C120080K3S,UF3C065040B3,UJ4C075023K3S,UJ3D1210KS,UF3N090350,UF3C SERIES,UJ3C065080B3,UJ3C120040K3S,UJ3N1701K2,UF3N SERIES,UJ3N065025K3S,UJ3N065080K3S,UF3SC120016K3S,UF3C065080K3S,UJ4SC,UF3N170400,UF3C065030K4S,UF3N120140,UF3N065600,UF3N170400B7S,UJ3D06510TS,UJ3D06560KSD,SC SERIES,UJ3C065030B3,UJ3D1210K2,UF3SC065007K4S,UF3C120400K3S,UJ4SC SERIES,UF4C120053K4S,UJ3C120150K3S,UJ4C075060K4S,UJ3D1202TS,UF3C065080B7S,UJ3D1220K2,SC,UF3C065080T3S,UF3C065040K3S,UJ3C120080K3S,UF3SC,UF4C120053K3S,UF3C120080K4S,UF3N090800,UJ4C075018K3S,UJ3D1210TS,UF3SC065030B7S,UJ4C075023K4S,UJ3D06530TS,UJ4C075060K3S,UJ3N SERIES,UJ3N120035,UF4C120070K3S,UF3SC120040B7S,UF3SC120016K4S,UJ4C SERIES,UJ4C075018K4S,UJ3C065080T3S,UF4SC120030K4S,UJ3N120035K3S,UJ3D06504TS,UJ3C065030K3S,UJ3D1205TS,UF3C065080B3,UJ3N065080,UJ4SC075009K4S,UJ3N120070K3S,UJ4C075033K3S,UF3SC SERIES,UF4C120070K4S,UF3C065030T3S,UJ3D06508TS,UJ3D1210KSD,UJ3D06516TS,UJ3D06512TS,UJ3D1250K2,UJ4SC075006K4S,UF3C120040K4S,UF3C065030B3,UF3C120150B7S,UJ3C SERIES,UF3C065040K4S,UJ4C075044K3S,UJ3C065030T3S,UJ4C,UJ3C120070K3S,UF3C065030K3S,UF4C,UJ3D1250K,UJ3D06520TS,UF3SC120009K4S,UF4C SERIES,UJ3N065025,UF3C120080B7S,UF3C120040K3S,UF3C120150K4S,UJ3C065080K3S,UJ3D1725K2,UJ3N120065K3S,UJ3D,UJ4C075044K4S,UJ3C,UJ3D06520KSD,UF3N065300,UF3C,UF3N,UJ3N120070,UJ4SC075011K4S,UJ4C075033K4S,UJ3N,UF3C170400K3S,UF4SC120023K4S,UJ3D SERIES,UF3SC065040B7S,UF3C065080K4S
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