发布时间:2012-05-3 阅读量:2616 来源: 我爱方案网 作者:
摘要:太阳能作为取之不尽用之不竭的新能源正广泛受到人们的关注。近几年大功率光伏电站大量建设,大功率光伏逆变器也得到了快速发展。由于大功率光伏逆变器以IGBT 模块为功率器件的拓扑比较单一,选好IGBT 模块对于提高系统效率和稳定性显得尤为重要,本文介绍了 PrimePACK™ (英飞凌最新一代大功率IGBT 模块)的优点及其在大功率光伏逆变器中的应用。
1 引言
随着用电量的逐年攀升以及减少温室气体排放的呼声越来越高,新能源产业正以前所未有的速度发展,其中太阳能由于获取方便的特点正越来越受到人们的广泛关注。但是太阳能电池板占地面积比较大,如果需要大功率并网发电只有依靠大功率光伏电站的建设,近几年好多国家都大量建设了大功率光伏电站,作为其核心组成部分的大功率光伏逆变器也得到了快速发展。IGBT 模块由于其自身的可控,电压等级高,电流密度大,开关频率高等特点已成为大功率光伏逆变器的主流功率器件。目前电池板产生的直流电如何高效率地并入电网成为人们研究的重点,效率是评价光伏逆变器的最重要指标之一,而大功率光伏逆变器拓扑几乎都为三相全桥,提高效率主要靠降低 IGBT 模块的损耗来实现,IGBT 模块对于提高逆变器效率显得尤为重要。PrimePACK™ 作为英飞凌公司最新一代大功率 IGBT 模块目前已功率应用场合得到了普遍应用。
2 大功率光伏逆变器工作原理
太阳能电池板方阵产生的直流电通过正弦波脉宽调制光伏逆变器向电网输送满足电网规定指标的电能,逆变器馈送给电网的电力由光伏方阵功率和当时当地的日照条件决定。逆变器除了具有将太阳能电池板产生的直流电转化成特定电压和频率的交流电基本功能外,还必须具有MPPT(最大功率跟踪)功能,能够对电网的干扰进行可靠监测,并在电网出现故障时断开与电网的连接。
大功率光伏逆变器大多为并网型,电路拓扑基本为三相全桥,图 1 是大功率并网型光伏逆变器的典型拓扑(IGBT模块作为全桥逆变的功率器件)。从该拓扑可以看出整个逆变器损耗主要来自于IGBT 模块和变压器,因此如何选择IGBT 模块来提高逆变器效率成为一个研究热点。
3 PrimePACK™介绍
PrimePACK™是英飞凌最新一代的IGBT 模块,目前已广泛应用于风能,太阳能等大功率高端场合,它具有寄生电感小,热阻低等优点,并且装配了第四代IGBT 芯片和反并联二
极管,整个模块的温度周次和功率周次都大幅提高。
3.1 低寄生电感设计
如图2 所示,PrimePACK™模块内部正负母线采用叠层母排设计,寄生电感相对较低,半桥结构的 PrimePACKTM2 和 PrimePACKTM3 的寄生电感典型值分别为 18nH 和 10nH, 与之相对应的原先的IHM 模块整个半桥的寄生电感将达到45nH, PrimePACK™的寄生电感相比降低了50%多。
太阳能电池板的空载电压比较高,有时达到 900V, 几乎达到 1200V 模块所能应用的母线电压极限。除了母排寄生电感要求设计的比较小以外,对IGBT 模块内部寄生电感要求比较高,因此 PrimePACK™是非常适合光伏逆变器设计的。另外由于 PrimePACK™的寄生电感比较低,可以把PrimePACK™驱动得更快些,从而降低开关损耗提高逆变器效率。
3.2低Rthch (壳到散热器热阻)设计
如图3 所示对应于内部DCB 衬底,PrimePACK™2 和PrimePACK™3 分别用了 10 个和14 个螺丝来固定铜基板和散热器,一方面可以更好地适应 PrimePACK™细长的封装,另一方面可以使每一个衬底上的IGBT 芯片获得几乎对称的散热条件,因此Rthch 得以大幅降低。
结果非常明显:PrimePACK™2 的铜基板面积是 153cm ,模块的 Rthch 典型值是 4K/kw,对应于半桥结构的IHM 模块铜基板面积为 182cm ,但是模块的Rthch 典型值是6K/kw,可以看出PrimePACK™2 用较小的铜基板面积获得了更小的Rthch, 非常有益于散热。
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