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320KW光伏逆变器全国产碳化硅飞跨电容三电平MPPT方案

创作时间:
作者:
@小白创作中心

320KW光伏逆变器全国产碳化硅飞跨电容三电平MPPT方案

引用
CSDN
1.
https://m.blog.csdn.net/sic_module/article/details/145624604

在1500V大组串光伏逆变器中,飞跨电容三电平BOOST电路通过降低器件应力、优化开关损耗、提升波形质量和动态响应,显著增强了MPPT效率和系统可靠性,是高压、高功率密度光伏系统的理想选择。尽管存在控制复杂性和电容设计挑战,但其综合优势在高电压场景下仍具有不可替代性。国产SiC碳化硅功率器件(如BASiC基本股份)已经逐步成熟,全面取代老旧IGBT模块的解决方案。

系统架构设计

拓扑结构:采用飞跨电容三电平BOOST电路,降低开关器件电压应力,提升效率。

主开关管:SiC MOSFET B3M013C120Z(2个,分别作为高、低边开关)。

续流二极管:SiC二极管 B3D80120H2(零反向恢复损耗,适用于高频续流)。

飞跨电容:选用低ESR薄膜电容(如100μF/630V,平衡中点电压)。

Boost电感:定制铁硅铝磁芯电感(电感值约200μH,电流纹波<10%)。

输出电容:电解电容+薄膜电容组合(总容值≥2mF,抑制母线电压纹波)。

关键参数计算

输入/输出电压

光伏阵列MPPT范围:250-800VDC(假设单串最大功率点电压)。

母线输出电压:1500VDC(满足三电平逆变需求)。

开关频率:50kHz(权衡效率与EMI)。

电感设计

L=ΔI⋅fsw Vin ⋅D =0.1⋅400A⋅50kHz800V⋅0.5 ≈200μH

功率器件选型验证

MOSFET电流应力:Irms =400A×D =283A(需并联2个B3M013C120Z,单管176A@25°C)。

二极管电流应力:Iavg =400A×(1−D)=200A(需并联2个B3D80120H2,单管108A@135°C)。

驱动与保护电路

隔离驱动IC:BTD5350MCWR(SOW-8封装,5000Vrms隔离)。

高边驱动配置:隔离电源供电(如BTP1521P +变压器)。

米勒钳位功能:连接CLAMP引脚至MOSFET源极,抑制误导通。

保护功能

过流保护:霍尔传感器检测电感电流,触发驱动IC关断。

飞跨电容电压平衡:采用电压采样+PI控制,动态调整占空比。

控制策略

MPPT算法:增量电导法(动态响应快,适应光照变化)。

三电平PWM生成

载波移相调制(PS-PWM),降低谐波。

飞跨电容电压闭环控制,确保中点电压稳定在750V。

软启动:逐步提升占空比,避免浪涌电流。

热管理与EMI设计

散热设计

MOSFET功率损耗:Ploss =Irms2 ⋅RDS(on) +Esw ⋅fsw ≈1.2kW(需液冷散热,结温≤150°C)。

二极管损耗:Pdiode =VF ⋅Iavg ≈2.5kW(强制风冷+铜基板)。

EMI优化

PCB布局:高低压分区,减少环路面积。

输入/输出端加装共模电感和X2Y电容。

方案优势

高效率:SiC器件+高频三电平拓扑,整机效率≥98.5%。

高功率密度:紧凑设计,功率密度>1kW/kg。

高可靠性:隔离驱动+飞跨电容电压平衡,确保长期稳定运行。

验证与测试

仿真验证:PLECS仿真开关波形、损耗及热分布。

样机测试

满载320KW效率测试(需满足98%以上)。

飞跨电容电压波动<5%(动态负载阶跃测试)。

EMI测试符合CISPR 11 Class A标准。

总结:本方案通过BASiC基本股份(BASiC Semiconductor)全国产SiC器件B3M013C120Z以及B3D80120H2的高频优势和三电平拓扑的电压应力优化,结合BTD5350MCWR的可靠驱动以及高边驱动配置:隔离电源供电(如BTP1521P +变压器),实现了高效、高功率密度的光伏MPPT Boost电路,适用于1500V系统的320KW级逆变系统。

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