【应用】Littelfuse SiC MOSFET/SiC二极管用于三相光伏逆变器，实现99%转换效率

时间： 2020-11-26 来源：世强

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SiC MOSFET,SiC二极管,LSIC1MO120E0080,LSIC2SD120E20CC

最近几年随着我国能源消耗和环境保护问题渐渐收到关注，我国的太阳能发电产业呈现出快速发展的态势，正逐步形成产业化、规模化、竞争化局面。光伏电站分为集中型大型电站和分布式的光伏电站，分布式光伏电站主要以组串式光伏逆变器为主，其拓扑结构为BOOST升压电路加T型三电平逆变电路组成，下图1为三相光伏逆变器的拓扑结构图：

图1 三相光伏逆变器拓扑结构图

三相光伏逆变器中PV BOOST升压电路中主回路关键功率器件为IGBT+二极管，但使用IGBT方案开关频率在20KHz左右，转换效率低，且逆变器功率密度不能做到很高。目前主流的器件选型方案为SiC MOS管+SiC二极管的方案，开关管的开关频率升到50kHz，效率也可以由原来使用IBGT+二极管的97%提升到99%以上。逆变电路的功率开关器件目前还是以1200V、650V 为主，下图2显示的是使用SiC MOSFET替代IGBT的逆变器BOOST电路应用，其中开关管和整流二极管分别使用了LITTELFUSE的LSIC1MO120E0080和LSIC2SD120E20CC。

图2 逆变器拓扑图

由上图拓扑结构可看出，逆变器采用T型三电平逆变拓扑，其功率器件Q1、Q2为主管，使用1200V耐压IGBT，如果使用650V的IGBT可能会导致器件过压损坏；Q3、Q4使用650V耐压IGBT为辅管，用于正负半周切换时，进行电感能量的续流，其开关频率通常设置为20kHz，峰值效率一般可以做到97%。由于IGBT在开关时存在比较大的拖尾电流的限制的影响导致开关频率较低不能提的太高，功率密度和效率也不能进一步提高。

Littelfuse SiC MOS管和二极管应用于光伏逆变器BOOST升压电路，SiC MOS管栅极电荷低至95nC，开关损耗很低，开关频率可运行到100kHz以上。SiC二极管反向恢复电流可忽略不计，支持高频开关电路，开关损耗极低，可有效降低开关损耗，提高整机效率。

从在PV boost电路中我们可以看到，SiC器件可以提高开关频率，基于T型三电平逆变电路中限制开关频率提高的功率器件主要是1200V耐压的IGBT，此款逆变器逆变电路设计采用Littelfuse的1200V/80mΩ的SiC MOSFET LSIC1MO120E0080 和650V/40A的IGBT单管相结合，开关频率由20kHz提高至50kHz替代传统的IGBT，可以在提高开关频率的同时提升功率密度和整机效率。该SiC MOS管的耐压为1200V，在壳温为100摄氏度时额定电流可达25A，栅极电荷低至95nC，开关频率可高达100kHz以上，且具有很低的开关损耗。

Littelfuse SiC 器件应用于10kW三相光伏逆变器中有以下优势：

• 击穿电压强度高（10倍于Si）

• 更宽的能带隙（3倍于Si）

• 热导率高（3倍于Si）

•SiC MOSFET有着卓越的开关损耗和超小的导通损耗

•开关频率的提高，可以有效减少电感器的体积和重量

通过上述的对比，可以看出使用Littelfuse SiC器件可提高开关频率，可以有效减小系统体积，使光伏逆变器实现超高的功率密度和超高的转换效率高达99%。

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伏枥老骥 Lv6. 高级专家 2020-12-03

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