【应用】使用TO-247封装SiC MOSFET的光伏升压变换器解决方案，效率达到99.4%

时间： 2021-05-03 来源：瞻芯电子

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SiC MOSFET,SiC SBD,SiC二极管,SiC MOSFET专用驱动芯片

太阳能光伏电池或电池板是将太阳能转换成电能的设备，太阳能电池板的集约开发和大规模生产已经在这个新千年开始。2018年，全球太阳能光伏装机容量已达到494.3GW，预计在2019年至2030年之间将增长逾1 TW。据估计，在此期间新增的大部分产能将来自中国、印度和其他亚太国家。随着装机容量的快速增长和技术水平的提高，建立太阳能光伏的平均支出成本显著降低，但各国之间的差距仍然很大。生产成本的降低和政府的政策的支持使太阳能光伏平均系统价格下降。2010年，全球太阳能光伏电站平均资本成本为4162美元/千瓦，2018年降至1240美元/千瓦，根据一些国家的成本估算，预计到2030年将进一步下降，达到997美元/千瓦。下图为2010 - 2018年全球太阳能前五大太阳能光伏国家及光伏平均系统价格走势。

图1 太阳能光伏市场：全球主要国家和全球平均成本($/KW) ，2010-2018年

为了保持竞争力，光伏和电力系统制造商不断寻求新技术。功率转换效率和逆变器重量/尺寸和材料成本都是设计需要考虑的因素。太阳能转换器的功率和电平根据应用而变化。住宅用电一般在10kW以下，商用用电一般在10kW到70kW之间，公用事业规模的发电厂功率在70千瓦以上。目前大多数系统仍然使用1000V的最大母线电压，但最近发展起来的大型太阳能电厂已经开始将PV电压从1000V提高到1500V。较高的电压可以降低半导体和铜损耗，进一步提高电力系统效率。对于1500V母线电压，3电平升压和逆变拓扑是使用1200V开关器件成为唯一有效解决方案。

SiC SBD在光伏升压变换器设计中已得到了广泛的应用，SiC MOSFETs在许多高性能逆变器的开发中也开始得到应用。下面是两个用于PV逆变器设计的拓扑例子。

图2 使用TO-247 SiC MOSFET的逆变器解决方案

图3 使用TO-247 SiC MOSFET和IV1E SiC Module的150kW逆变器解决方案

瞻芯电子开发了一个20kW交错升压变换器来演示SiC SBD和MOSFET的性能。转换器采用4个80mΩ/1200V的SiC MOSFET IV1Q12080T4和4个10A/1200V的SiC二极管 IV1D12010T3。在65kHz时，输入600V，输出800V，效率达到99.4%。MOSFET由SiC MOSFET专用驱动芯片 IVCR1401驱动。下面的波形显示了干净的Vds上升和下降边缘。

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