【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

技术问答

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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型号- R1280NC25M,MCD 26-16IO1B,N2055HE420,IXTT 30N50L2,R1280NC25K,R1280NC25L,MCD 56-18IO8B,IXBOD 2-52R,R1280NC25J,IXTQ 52N30P,MCK 200-18IO1,IXYR 100N120C3,LSIC2SD120C05,MDC600-22IO1W,IXYH 16N250CV1HV,LSIC2SD120C08,M0863LC360,IXTP 100N15X4,VBO 125-08NO7,DPG 15I200PA,F1600NC080,IXTH 1N450HV,T0600TB45A,LSIC2SD065E40CCA,DSEP 2X91-03A,IXBOD 2-51R,IXTX 4N300P3HV,IXTA 36N30P,VBO 72-18NO7,M4305TJ240,IXFR 64N60P,N6405EA240,IXYR 50N120C3D1,MCD580-28IO7,VUO 25-14NO8,0440 007.WRA,IXFY 36N20X3,VBO 25-12NO2,IXTT 120N15P,M1010NC400,IXBH 6N170,MCC 56-14IO1,VBE 26-06NO7,MCD160-30IO3,SXB4869G,IXTJ 3N150,DHG 10I1200PM,IXTH 120P065T,VTO 39-08HO7,IXFN 32N80P,IXTL 2N450,DMA 30P1600HR,IXBOD 2-54R,MDK950-18N1W,CS 20-25MOT1,IXBOD 2-55R,IXTK 140N20P,IXTR 48P20P,DH 20-18A,W2115MC560,IXTP 05N100P,IXFT 18N90P,QJ8030LH4TP,N4340TJ180,DMA 30P1600HB,W3841VC340,MKH 17RP650DCGLB 11,,SXB4649HEXT,IXBOD 2-17RD,DSEP 40-03AS,IXFH 42N50P2,Q8025K6TP,IXFH 22N50P,DPG 30C200HB,DSI 30-12AS,MCMA 240UI1600ED,IXBOD 2-53R,M0367WC220,VUM 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选型指南 - LITTELFUSE - 2021/06/01 PDF 英文下载

【方案】30~80kW组串式光伏逆变器优选器件方案

描述- 该方案针对30~80kW的组串式光伏逆变器，采用多路BOOST升压电路，减少光伏电池组件最佳工作点与逆变器不匹配的情况，最大程度增加发电量。逆变侧采用T型三电平拓扑，开关频率支持16kHz（最佳频率点），效率最高可达98.54%。辅助电源采用1700V耐压SiC MOSFET，单端反激电源可直接应用在1000V母线系统。同时，在BOOST升压电路和逆变电路中均采用IGBT模块设计，集成度更高。

型号- MKS4J022202D00MSSD,10-FZ12NMA080NS03-M260F,0505025.MX52LEP,TFLEX HD300,BGM111,C2M1000170D,EFR32MG13P732F512GM48-C,RBN75H125S1GP4-A0,10-FY12NMA160SH01-M820F18,KT05,PS9402,SGM6022,MLX91208,28R1101-000,28R0610-000,30-FT12NMA160SH-M669F28,PS9031,LSIC2SD120E30CC,30-FT12NMA200SH-M660F08,LXXXX 15.00/05/90 4.5SN GR,28R1476-100,92ML,LX 15.00/05/90 4.5SN GR BX,MKS4J033305D00KSSD,TPCM780,RC12-6-01LS,SMBJ18CA,28R1953-000,PS9531L3,SI86XX,28B0141-000,WDU50N,SGM6032,WGM110,R5F56514FDLJ,C4D30120D,WDU70N,RBN40H125S1GPQ-A0,C2M0080120D,V23990-P629-L43,SGM2019,LSIC1MO120E0080,SID11X2K,SI8261BCD-C-IS

优选器件方案 - WEIDMUELLER,LITTELFUSE,LAIRD,SILICON LABS,WIMA,RENESAS,VINCOTECH,STANDEX-MEDER,II-VI MARLOW,WOLFSPEED,PI,ROGERS,MELEXIS,SGMICRO - V2.1 PDF 中文下载

Residential Solar Solutions

型号- 7000,SMBJ,L75QS,M3,SPD,TMOV,SPF,SPE,HV,LSIC1MO170E0750,CLASS RK5,X3-CLASS,CLASS T,SMBJ30CA,CLASS J,DSI,SM7,SPD TYPE 2,DSP,MIXA,ULTRAMOV,IXD_6XXSI,1500V POLAR,SPXI,SP712,SP2555NUTG,SMF,ES,X2-CLASS,RA,1200 V DIODE,MIXG,RB,LPHV,X CLASS,324,369,DLA,LSIC1MO120E0120,SP3130,IXDN604SIA,650 V TRENCH,IX4351NE,SPXV,SM20,IXG*N170(A),SM15-02HTG,SPD2 PV,SMDJ,SPFI,SPFJ,SM712,CG3,1.5SMC,CG2,CG4,650V X2-CLASS,DSEI,215,KLKD,HIGH VOLTAGE SERIES,KSC,DSEP,XPT,TRENCH GATE GEN2,CG,XTREME,SMCJ,KR,ULTRA-JUNCTION X2,KSR,SMBJ18CA,LA,1200,IX4427,IXDN602SIATR,650V X3-CLASS,650V DIODES,SIC1MO170E1000,X4-CLASS

应用及方案 - LITTELFUSE - 2023/12/4 PDF 英文下载

【IC】Littelfuse用于SiC MOSFET和高功率IGBT的创新低侧栅极驱动器IX4352NE

Littelfuse宣布推出IX4352NE低侧SiC MOSFET和IGBT栅极驱动器。这款创新的驱动器专门设计用于驱动工业应用中的碳化硅（SiC）MOSFET和高功率绝缘栅双极晶体管（IGBT）。IX4352NE通过一种新型9A拉/灌电流驱动器扩展了我们广泛的低侧栅极驱动器系列，简化了SiC MOSFET所需的栅极驱动电路。

产品发布时间 : 2024-05-25

【方案】125kW（1500VDC系统）光伏逆变器优选器件方案

描述- 本方案基于 1500VDC 系统，提出了在 BOOST 电路采用高集成度对称式 BOOST 模块，内置全 SiC MOS 和二极管，以提高开关频率和减小升压电感体积。在逆变电路采用 NPC 拓扑结构，耐压高达 2400V，在满足1500V 系统耐压需求的基础上，采用了低耐压的 IGBT，实现了较高的开关频率，有利于光伏逆变器实现更高的效率和更小的体积。

型号- TFLEX HD300,C3M0065090D,C2M1000170D,10-F124NID150SH03-LG18F98,10-F124NIE150SH03-LG28F98,RA-8565SA,PS9402,MLX91208,10-F124NIX150SH03-LGX8F98,28R1101-000,28R0610-000,LSIC2SD120E30CC,28R1476-100,92ML,TPCM780,RC12-6-01LS,SMBJ18CA,KT05-1A-BV88622,28R1953-000,28B0141-000,WGM110,R5F56514FDLJ,WM 4C,C4D30120D,10-FY09S2A065ME-L869L08,SID1152K,SI8621BD-B-IS,SI8261BCD-C-IS,SID11X2K

优选器件方案 - WEIDMUELLER,LITTELFUSE,LAIRD,SILICON LABS,CREE,RENESAS,VINCOTECH,STANDEX-MEDER,II-VI MARLOW,EPSON,PI,ROGERS,MELEXIS - V1.1 PDF 中文下载

ISOPLUS – SMPD: An Advanced Isolated Packaging to Fully Exploit the Advantages of SiC MOSFETs White Paper

白皮书 - LITTELFUSE - Rev 24.03c - 2024/3/20 PDF 英文下载

【经验】基于栅极驱动器BM6104FV-C与IXDD609的SiC MOSFET驱动电路设计

SiC MOSFET对驱动要求高，主要体现在驱动电压和驱动速度。SiC MOSFET标称驱动电压范围一般为-6~22V，其开启电压一般很低，并随温度上升而降低，但只有达到18-20V时，才能完全开通。硅器件的驱动电压最高一般为15V，所以驱动不能直接用于驱动SiC MOSFET。笔者针对应用要求，在实际设计中选用ROHM BM6104FV-C栅极驱动器并在后级添加力特的IXDD609进行功率放大。

设计经验发布时间 : 2019-11-05

【选型】力特1700V SiC MOSFET助力光伏逆变器1500V系统辅助电源高效稳定运行

现在光伏逆变器电压等级提升到1500V，如果选用单端反激拓扑，单管MOS耐压值需要超过3000V，因此建议采用双管反激方案，推荐Littelfuse的SiC MOSFET LSIC1MO170E1000，1700V高耐压，同时采用常用的TO247封装，可直接替换Si MOS使用。

器件选型发布时间 : 2020-12-29

【经验】Littelfuse SiC MOS管让光伏逆变器峰值效率高达99%

以10kW三相光伏逆变器为例，在逆变电路中采用littelfuse 1200V/80mΩ的SiC MOS管（LSIC1MO120E0080）和650V/40A的IGBT单管相结合，开关频率由16kHz提高至50kHz。在输出三相交流400V时，其最大输出电流可达18A，峰值效率高达99%，功率密度达到1Kw/L，有效的提高了整机效率和功率密度。

设计经验发布时间 : 2019-02-26

【方案】高效率10kw三相光伏逆变器优选元器件方案

描述- 本方案通过采用WOLFSPEED高效SIC肖特基二极管，Vincotech MNPC T字型逆变IGBT模块及相关的器件，相比于分立器件方案，集成度高且寄生参数小，模块效率更高。

型号- C4D10120D,T-FLEXHD300,SMBJ,BGM111,LXS,SMDJ,C2M1000170D,1812L,SLM750,SLM152,SC92,PS9402,TGARD500,30R,RBN40H125S1FPQ-A0,EFR32MG,PS9031,60R,LSIC2SD120E10CC,SMAJ,SMCJ,WDU,SMF,SI4438-C,WGM110,MKP,MLX91210,10-FZ12NMA040SH-M267F,2920L,BVS,EFM32JG,SGM2019

优选器件方案 - ISABELLENHUETTE,WEIDMUELLER,LITTELFUSE,LAIRD,SILICON LABS,WIMA,CREE,NIPPON CHEMI-CON,MEIG,RENESAS,VINCOTECH,WOLFSPEED,ROGERS,MELEXIS,SGMICRO - V1.2 PDF 中文下载

Littelfuse Unveils IX4352NE Low-side Gate Driver for SiC MOSFETs and High-power IGBTs

Littelfuse, Inc. announced the launch of the IX4352NE Low-side SiC MOSFET and IGBT Gate Driver. This innovative driver is specifically designed to drive Silicon Carbide (SiC) MOSFETs and high-power Insulated Gate Bipolar Transistors (IGBTs) in industrial applications.

产品发布时间 : 2024-05-10