你的位置:首頁 > 互連技術(shù) > 正文

一款適用于光伏應(yīng)用的半橋評(píng)估板設(shè)計(jì)

發(fā)布時(shí)間:2024-08-11 責(zé)任編輯:lina

【導(dǎo)讀】光伏,作為重點(diǎn)發(fā)展的新質(zhì)生產(chǎn)力,其市場規(guī)模仍在迅速發(fā)展擴(kuò)大中,其技術(shù)迭代也在不斷演進(jìn)升級(jí)。英飛凌作為半導(dǎo)體技術(shù)和市場應(yīng)用的領(lǐng)軍企業(yè),發(fā)布了一系列具有差異化附加價(jià)值的創(chuàng)新半導(dǎo)體,并同時(shí)推出了一款適用于光伏應(yīng)用的半橋拓?fù)湓u(píng)估板,為工程師分享了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的參考方案,并提供了器件性能的評(píng)估平臺(tái)。


光伏,作為重點(diǎn)發(fā)展的新質(zhì)生產(chǎn)力,其市場規(guī)模仍在迅速發(fā)展擴(kuò)大中,其技術(shù)迭代也在不斷演進(jìn)升級(jí)。英飛凌作為半導(dǎo)體技術(shù)和市場應(yīng)用的領(lǐng)軍企業(yè),發(fā)布了一系列具有差異化附加價(jià)值的創(chuàng)新半導(dǎo)體,并同時(shí)推出了一款適用于光伏應(yīng)用的半橋拓?fù)湓u(píng)估板,為工程師分享了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的參考方案,并提供了器件性能的評(píng)估平臺(tái)。


光伏應(yīng)用的發(fā)展趨勢


光伏電壓平臺(tái)的高壓化,可以降低系統(tǒng)成本,提高能量轉(zhuǎn)換效率,簡化研發(fā)設(shè)計(jì)方案,是光伏應(yīng)用公認(rèn)的發(fā)展趨勢之一。為了實(shí)現(xiàn)高壓平臺(tái)化,離不開光伏板,功率器件,無源器件,結(jié)構(gòu)件等的技術(shù)發(fā)展。我們就功率半導(dǎo)體的發(fā)展,來看看對(duì)于光伏高壓平臺(tái)的影響。


一款適用于光伏應(yīng)用的半橋評(píng)估板設(shè)計(jì)


圖1. 光伏不同電壓平臺(tái)對(duì)應(yīng)的拓?fù)浜推骷?/p>




如圖所示,對(duì)于更高平臺(tái)的電壓,可以減小母線電流大小,從而降低走線的尺寸,從而減少成本,同時(shí),電感,二極管和開關(guān)管等器件上流過的電流也會(huì)減小,從而降低的器件的成本和系統(tǒng)的損耗。使用2000V SiC MOSFET后可以簡化電路拓?fù)?,降低系統(tǒng)尺寸和重量。



功率器件介紹


一款適用于光伏應(yīng)用的半橋評(píng)估板設(shè)計(jì)


圖2. 2000V SiC MOSFET和X3門極驅(qū)動(dòng)器及其絕緣距離




采用英飛凌TO-247PLUS-4pin封裝的2000V SiC MOSFET,新的封裝可以滿足I.S.EN62109-1-2010《用于光伏電力系統(tǒng)的電力轉(zhuǎn)換器的安全性- 第1部分:一般要求》的安規(guī)要求,背部可以實(shí)現(xiàn)三次260°C回流焊,門極開爾文引腳可以降低回路中的寄生電感,從而降低開關(guān)中的震蕩尖峰,另外,使用了.XT擴(kuò)散焊接技術(shù)后,也大大降低了器件的熱阻,整個(gè)系列涵蓋了各種不同導(dǎo)通電阻的器件可供選擇,如15mΩ,30mΩ,60mΩ,90mΩ和120mΩ等。


另外,采用了英飛凌EiceDRIVER? Compact 14A單通道磁隔離門極驅(qū)動(dòng)器1ED3124MU12H, 該器件DSO-8寬體封裝可以實(shí)現(xiàn)>8mm的爬電距離要求,滿足UL1577-2014光隔離器的UL安全標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證,可以實(shí)現(xiàn)6.8kV耐壓要求,非常適用于IGBT和SiC MOSFET的門極驅(qū)動(dòng)。



安規(guī)絕緣要求


根據(jù)I.S.EN62109-1-2010標(biāo)準(zhǔn)要求,我們設(shè)定光伏電壓1500V,海拔2000米以下,過電壓等級(jí)為II,如圖3所示,通過查表9可以得到基本絕緣的電氣間隙要求是5.5mm。


一款適用于光伏應(yīng)用的半橋評(píng)估板設(shè)計(jì)


圖3. 電氣間隙距離要求




同理,設(shè)定工作有效值電壓1500V,污染等級(jí)2,材料等級(jí)II的情況下,通過查表10通過插值法可得爬電距離要求為10.43mm。


一款適用于光伏應(yīng)用的半橋評(píng)估板設(shè)計(jì)

圖4. 爬電距離要求


評(píng)估板設(shè)計(jì)


基于以上分析,設(shè)計(jì)了一款適用于光伏MPPT應(yīng)用的評(píng)估板,功能邏輯框圖和3D設(shè)計(jì)圖如圖5所示。


一款適用于光伏應(yīng)用的半橋評(píng)估板設(shè)計(jì)


圖5. 評(píng)估板邏輯框圖和3D設(shè)計(jì)圖




該評(píng)估板使用的半橋拓?fù)洌贕UI上可以十分方便靈活的設(shè)置開關(guān)使能,PWM頻率,占空比和死區(qū)時(shí)間大小,來分別單獨(dú)開關(guān)上管或者下管,可以實(shí)現(xiàn)如下的幾種不同的功能。


一款適用于光伏應(yīng)用的半橋評(píng)估板設(shè)計(jì)


一款適用于光伏應(yīng)用的半橋評(píng)估板設(shè)計(jì)


一款適用于光伏應(yīng)用的半橋評(píng)估板設(shè)計(jì)

圖6. 評(píng)估板不同應(yīng)用組合拓?fù)潆娐?br/>


因?yàn)镾iC MOSFET的高速開關(guān)特性,在PCB設(shè)計(jì)中,需要格外注意SiC MOSFET的門極驅(qū)動(dòng)回路和功率回路,盡量減小開關(guān)回路中寄生的電感,電容和電阻,來保證系統(tǒng)運(yùn)行中盡量低的噪音。


一款適用于光伏應(yīng)用的半橋評(píng)估板設(shè)計(jì)

圖7. 門極驅(qū)動(dòng)開通和斷開回路


測試波形


為了驗(yàn)證評(píng)估板的特性,做了一下雙脈沖測試,雙脈沖可以用來來驗(yàn)證器件的開關(guān)特性,模擬調(diào)試一下開關(guān)震蕩(選擇驅(qū)動(dòng)電阻大小,吸收電路,開關(guān)環(huán)路等)。測試條件是平臺(tái)電壓1500V,雙脈沖電流50A。

黃色為VGS,藍(lán)色為VDS,綠色為IDS。


一款適用于光伏應(yīng)用的半橋評(píng)估板設(shè)計(jì)


一款適用于光伏應(yīng)用的半橋評(píng)估板設(shè)計(jì)

圖8. 使用鐵硅鋁繞線電感和使用空心電感對(duì)比波形


使用了外接的空心電感,電感量值不會(huì)隨著電流大小和溫度而變化。使用了多股線繞制,也降低了趨膚效應(yīng)。同時(shí)也不存在線圈與磁芯之間的寄生電容,從而不會(huì)有一些異常的電流尖峰,所以雙脈沖測試的結(jié)果比實(shí)際應(yīng)用中的鐵氧體或鐵粉芯電感效果相對(duì)要好。


一款適用于光伏應(yīng)用的半橋評(píng)估板設(shè)計(jì)


一款適用于光伏應(yīng)用的半橋評(píng)估板設(shè)計(jì)

圖9. 使用不同母線電容后對(duì)比波形


Ceralink電容和X7R電容都屬于高頻電容,尺寸相對(duì)小,放在母線上靠近SiC MOSFET,可以很好的吸收一些高頻的電流和電壓尖峰,通過如圖9所示的對(duì)比,可以看到普通X7R的濾波特性相比容值更大的Ceralink好像還要更好一些。


一款適用于光伏應(yīng)用的半橋評(píng)估板設(shè)計(jì)


一款適用于光伏應(yīng)用的半橋評(píng)估板設(shè)計(jì)

圖10. 使用不同RC snubber吸收電路后對(duì)比波形


如圖10所示,通過在上管和下管DS端上分別并聯(lián)不同的RC snubber(X7R電容)吸收電路后,雙脈沖測試波形沒有十分明顯的改善,說明snubber對(duì)于吸收震蕩尖峰的效果不是很明顯。


總結(jié)


設(shè)計(jì)了一種適用于光伏MPPT的評(píng)估板,介紹了設(shè)計(jì)的背景需求,設(shè)計(jì)的框架,功率器件和門極驅(qū)動(dòng)器的選擇,安規(guī)規(guī)范的要求,電路設(shè)計(jì)的要點(diǎn),最后給出了一下測試和調(diào)試的波形和經(jīng)驗(yàn),選擇一款性能優(yōu)良的功率管,并在布板設(shè)計(jì)時(shí)候充分考慮減小開關(guān)回路,可以極大的節(jié)省調(diào)試研發(fā)時(shí)間,提升整體系統(tǒng)的質(zhì)量。

作者: 施三保,文章來源:英飛凌工業(yè)半導(dǎo)體


免責(zé)聲明:本文為轉(zhuǎn)載文章,轉(zhuǎn)載此文目的在于傳遞更多信息,版權(quán)歸原作者所有。本文所用視頻、圖片、文字如涉及作品版權(quán)問題,請(qǐng)聯(lián)系小編進(jìn)行處理。


推薦閱讀:

互操作性對(duì)智能家居的重要性

車載網(wǎng)絡(luò)趨勢與演進(jìn)

什么是S參數(shù)?

一文了解ADI安全認(rèn)證芯片在醫(yī)療配件中的應(yīng)用

橋式整流器好用 但這一點(diǎn)要特別注意!


特別推薦
技術(shù)文章更多>>
技術(shù)白皮書下載更多>>
熱門搜索
?

關(guān)閉

?

關(guān)閉