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瑞粤电子探索逆变器小型化趋势 碳化硅、软开关技术成研发重点

       6月底,深圳市瑞粤电子有限公司总经理携研发部高层参加了第三届广州电子变压器论坛暨研讨会,会议探讨了探索逆变器小型化趋势 碳化硅、软开关技术成研发。我司研发部高层专业的技术演讲或者各方面点赞。

       以下是演讲部分内容:

      

近年来,逆变器厂家竞争激烈,其总体趋势是体积越来越小,重量是越来越轻,是什么在推动着逆变器小型化发展?

逆变器的核心技术是热设计技术和输出电流谐波控制技术,功率器件的开关频率越高,输出波形就越好,但器件的损耗也越高,逆变器体积最大,最贵的两种器件是散热器和电感,它们的体积、成本,重量约占逆变器的30%左右。

要想减少散热器的体积,就必须要减少功率器件的热损耗,目前有两种技术路线:一是采用碳化硅材料的元器件,降低功率器件的内阻;二是软开关技术,降低功率器件两端的电压,降低功率器件的开关频率。电感是控制逆变器输出波形最关键的硬件,要想减少电感体积,就必须增加功率器件的开关频率。

碳化硅(SiC)器件属于宽禁带半导体组别,与常用硅(Si)器件相比,有许多优势:一是耐高压,碳化硅器件具备更高的击穿电场强度,最高耐压可达10kV,比硅(Si)器件耐压提高了几倍;二是耐高温,其最高结温可达600;三是碳化硅器件开关损耗非常低,非常适合用于高开关频率系统,当开关频率大于20Khz时,碳化硅器件损耗是硅IGBT50%

其缺点是缩小了应用范围,一是电流较小,迄今为止SiC MOSFET和肖特基二极管的最大额定电流小于100A,大功率逆变器用不上;二是产能不足,价格还比较贵;三是稳定性和硅基IGBT相比还差一点。

软开关技术利用谐振原理,软开关谐振变换器是由电感、电容组成谐振电路,使开关器件中的电流或者电压按正弦或者准正弦规律变化,当电流自然过零时,关断器件;当电压自然过零时,开通器件。从而减少了开关损耗,同时极大地解决了感性关断,容性开通等问题。当开关管两端的电压或流过开关管的电流为零时才导通或者关断,这样开关管不会存在开关损耗。

其缺点是,这种技术增加了很多器件,系统变得复杂,可靠性降低;由于光伏逆变器要保证功率因素为1,因此软开关技术只适合在前级DC-DC变换中用到,后级的DC-AC变换还需要多电平技术。

总而言之,要想把逆变器体积降低,一个途径是使用碳化硅材料的功率开关器件,提高开关频率,降低电感的体积,但碳化硅目前技术还不是非常成熟,价格较贵,容量也比较小,应用受到限制;另一个途径是采用软开关和多电平技术,可以降低器件的电压,减少损耗,从而减少散热器的体积,还可以间接提高开关频率,降低电感的体积,但是这个方案元器件增加几倍,增加了系统的风险。

 

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