一款適用於光伏應用的半橋評估板設計
發布時間:2024-08-11 責任編輯:lina
【導讀】guangfu,zuoweizhongdianfazhandexinzhishengchanli,qishichangguimorengzaixunsufazhankuodazhong,qijishudiedaiyezaibuduanyanjinshengji。yingfeilingzuoweibandaotijishuheshichangyingyongdelingjunqiye,fabuleyixiliejuyouchayihuafujiajiazhidechuangxinbandaoti,bingtongshituichuleyikuanshiyongyuguangfuyingyongdebanqiaotuopupingguban,weigongchengshifenxianglexitongshejidecankaofangan,bingtigongleqijianxingnengdepinggupingtai。
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guangfudianyapingtaidegaoyahua,keyijiangdixitongchengben,tigaonengliangzhuanhuanxiaolv,jianhuayanfashejifangan,shiguangfuyingyonggongrendefazhanqushizhiyi。weileshixiangaoyapingtaihua,libukaiguangfuban,gonglvqijian,wuyuanqijian,jiegoujiandengdejishufazhan。womenjiugonglvbandaotidefazhan,laikankanduiyuguangfugaoyapingtaideyingxiang。
圖1. 光伏不同電壓平台對應的拓撲和器件
rutusuoshi,duiyugenggaopingtaidedianya,keyijianxiaomuxiandianliudaxiao,congerjiangdizouxiandechicun,congerjianshaochengben,tongshi,diangan,erjiguanhekaiguanguandengqijianshangliuguodedianliuyehuijianxiao,congerjiangdideqijiandechengbenhexitongdesunhao。shiyong2000V SiC MOSFET後可以簡化電路拓撲,降低係統尺寸和重量。
功率器件介紹
圖2. 2000V SiC MOSFET和X3門極驅動器及其絕緣距離
采用英飛淩TO-247PLUS-4pin封裝的2000V SiC MOSFET,新的封裝可以滿足I.S.EN62109-1-2010《用於光伏電力係統的電力轉換器的安全性- 第1部分:一般要求》的安規要求,背部可以實現三次260°C回流焊,門極開爾文引腳可以降低回路中的寄生電感,從而降低開關中的震蕩尖峰,另外,使用了.XT擴散焊接技術後,也大大降低了器件的熱阻,整個係列涵蓋了各種不同導通電阻的器件可供選擇,如15mΩ,30mΩ,60mΩ,90mΩ和120mΩ等。
另外,采用了英飛淩EiceDRIVER™ Compact 14A單通道磁隔離門極驅動器1ED3124MU12H, 該器件DSO-8寬體封裝可以實現>8mm的爬電距離要求,滿足UL1577-2014光隔離器的UL安全標準認證,可以實現6.8kV耐壓要求,非常適用於IGBT和SiC MOSFET的門極驅動。
安規絕緣要求
根據I.S.EN62109-1-2010標準要求,我們設定光伏電壓1500V,海拔2000米以下,過電壓等級為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。
圖3. 電氣間隙距離要求
同理,設定工作有效值電壓1500V,汙染等級2,材料等級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。
圖4. 爬電距離要求
基於以上分析,設計了一款適用於光伏MPPT應用的評估板,功能邏輯框圖和3D設計圖如圖5所示。
圖5. 評估板邏輯框圖和3D設計圖
該評估板使用的半橋拓撲,在GUI上可以十分方便靈活的設置開關使能,PWM頻率,占空比和死區時間大小,來分別單獨開關上管或者下管,可以實現如下的幾種不同的功能。
圖6. 評估板不同應用組合拓撲電路
因為SiC MOSFET的高速開關特性,在PCB設計中,需要格外注意SiC MOSFET的門極驅動回路和功率回路,盡量減小開關回路中寄生的電感,電容和電阻,來保證係統運行中盡量低的噪音。
圖7. 門極驅動開通和斷開回路
測試波形
為了驗證評估板的特性,做了一下雙脈衝測試,雙脈衝可以用來來驗證器件的開關特性,模擬調試一下開關震蕩(選擇驅動電阻大小,吸收電路,開關環路等)。測試條件是平台電壓1500V,雙脈衝電流50A。
黃色為VGS,藍色為VDS,綠色為IDS。
圖8. 使用鐵矽鋁繞線電感和使用空心電感對比波形
使shi用yong了le外wai接jie的de空kong心xin電dian感gan,電dian感gan量liang值zhi不bu會hui隨sui著zhe電dian流liu大da小xiao和he溫wen度du而er變bian化hua。使shi用yong了le多duo股gu線xian繞rao製zhi,也ye降jiang低di了le趨qu膚fu效xiao應ying。同tong時shi也ye不bu存cun在zai線xian圈quan與yu磁ci芯xin之zhi間jian的de寄ji生sheng電dian容rong,從cong而er不bu會hui有you一yi些xie異yi常chang的de電dian流liu尖jian峰feng,所suo以yi雙shuang脈mai衝chong測ce試shi的de結jie果guo比bi實shi際ji應ying用yong中zhong的de鐵tie氧yang體ti或huo鐵tie粉fen芯xin電dian感gan效xiao果guo相xiang對dui要yao好hao。
圖9. 使用不同母線電容後對比波形
Ceralink電容和X7R電容都屬於高頻電容,尺寸相對小,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。
圖10. 使用不同RC snubber吸收電路後對比波形
如圖10所示,通過在上管和下管DS端上分別並聯不同的RC snubber(X7R電容)吸收電路後,雙脈衝測試波形沒有十分明顯的改善,說明snubber對於吸收震蕩尖峰的效果不是很明顯。
總結
設計了一種適用於光伏MPPTdepingguban,jieshaoleshejidebeijingxuqiu,shejidekuangjia,gonglvqijianhemenjiqudongqidexuanze,anguiguifandeyaoqiu,dianlushejideyaodian,zuihougeichuleyixiaceshihetiaoshideboxinghejingyan,xuanzeyikuanxingnengyouliangdegonglvguan,bingzaibubanshejishihouchongfenkaolvjianxiaokaiguanhuilu,keyijidadejieshengtiaoshiyanfashijian,tishengzhengtixitongdezhiliang。
(作者: 施三保,文章來源:英飛淩工業半導體)
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