【应用】采用eGaN FET EPC2010C的四级架构PV逆变器，实现98%高效率和低成本的光伏应用
EPC推出氮化镓场效应晶体管（eGaN FET）EPC2010C，具有较低的电容、电感以及零反向恢复电荷（QRR），显著降低设备的开关损耗，有利于实现高效率、高频率应用。本文基于四级架构的光伏逆变器（PV逆变器），在前端的升压变换器和DC-AC逆变器中采用EPC2010C，进一步降低系统占用空间和成本。
四级逆变器
如图1所示为PV逆变器的简化框图：前端变换器的功能为最大功率点跟踪（MPPT），将能量传输到中间的连接总线，其中总线采用直流电压或低频调制（电网频率的两倍）；输出逆变器将直流电压或连接总线转换成接入电网的交流电流。因此，需要一个合适的拓扑结构实现这种配置，四级拓扑可以用于前端变换器和输出逆变器的构建模块。
图1 PV逆变器的简化框图
由于PV逆变器需要高转换效率，从而确保光伏阵列在运行范围内的高能量输出。EPC2010C的额定电压为200V，最大导通电阻RDS(on)为25mΩ，QRR为零，相比传统IGBT和MOSFET，该元件提供超低的导通损耗和开关损耗，成为PV逆变器的理想选择。
图2所示为PV逆变器的四级半桥拓扑结构，直流母线电容将总线电压分成三份，每个晶体管被钳位到合适的分压电压。例如，375V总线可以分成125V的电压等级，那么Q1将通过D1钳位到125V。假设电流从输出端流入，并且Q1、Q2、Q3全部导通，那么Q4、Q5、Q6的漏源极电压均为125V。
图2 四级半桥拓扑结构
拉电流和灌电流的开关换向顺序如图3所示，可采用低成本的微控制器实现，该顺序确保设备不会出现过电压。在切换间隔的某些时刻，开关管将承受全部的负载电流，因此需要调整开关顺序的时机确保总线电容电压平衡。
图3 开关换向顺序
续流二极管
图2中的D1~D4为钳位二极管，在换向期间只有短暂的电流脉冲，但是每个周期内的存储电荷都被回收。反向恢复损耗成为影响系统性能的主要因素。以D2和D3为例，在开关切换时会出现瞬间的两倍电压，因此二极管额定电压至少为总线电容电压的两倍。对于二极管D1和D4，为了进一步降低反向恢复损耗，可以用短栅极的EPC2012C替代。
在图3所示的ZVS开关间隔的转换器体二极管导通期间，FET的导通可能在最后一个FET导通时同时发生。 在发生硬开关事件的情况下（如图3所示），只有在已知有足够的负载电流来确保所有设备都将使用其体二极管导通的情况下，才可以同时关闭FET。
热管理设计
当工作频率为150kHz时，半桥输出功率为2.4kW，效率高达98%。由于功率损耗分布在半桥的6个元件上，EPC2010C采用晶圆级封装，在电路板的入口和顶部提供优秀的散热路径，使热管理设计变得更加便捷。
同步升压转换器或DC-AC逆变器
基于200 V eGaN FET的多电平半桥可用于同步升压或逆变器位置。 两者的换向时序相同，因此编程控制器无需花费额外的精力。
总结
氮化镓的基本优点是电容更低，电感更低，QRR为零和尺寸更小。 这些优点现在可以在多层拓扑结构中使用EPC2010C来减少散热，能量存储和整个太阳能逆变器的尺寸。
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