1、用于光伏逆變器的650V IGBT刖言由于全球范圍的電能需求持續增長，所以對實現環境影響最小化的替代能源的需求也在增長。由于有了最 新的工藝技術、系統拓撲和元件，清潔能源生產的可行性越來越高。預計光伏發電會對全球電力格局產生 重大的影響，并且已證明：光伏發電在經濟和技術方面是可行的。光伏電池技術的近期進步，加上近來推 出的高效、高性能及低成本半導體器件，將為高效、廉價和可靠的可再生能源系統的實施提供便利。新型 650V IGBT因為新的太陽能市場的特殊要求，人們一直在尋求提高器件的擊穿電壓。由于太陽能面板匯流條會出現 電壓峰值，因而需要使用650V器件，在轉換器的輸入級上獲得較大的電壓余量。擊

2、穿電壓隨溫度下降而 下降，這是要求具有更高阻斷電壓的另一個理由，因為光伏逆變器會安裝在室外。此外，三電平中點箝位 (neutral-point-clamped, NPC)拓撲通過利用較好的輸出電壓頻譜性能，可能的開關頻率增加，以及較 少的開關損耗犧牲，實現了濾波器的尺寸和成本的縮減，因而也可以應用于低功率和中等功率光伏逆變器。 在這種情況下，650V擊穿電壓為滿足應用要求提供了極大的幫助。因為在三電平NPC拓撲中不能很好地 平衡直流母線電壓，所以這種拓撲必須具有更高的阻斷電壓。對于650V IGBT的開發，重要的是將開關和導通損耗保持在與600V IGBT相當的水平上。通常，高擊 穿電壓會導致

3、Vce(sat)的升高，樣會導致在光伏逆變器的應用中性能下降。并且，Vce(sat)和開關性能 是相互取舍的關系。這意味著對由更高擊穿電壓帶來的高Vce(sat)的補償，會降低開關性能和增大開關 損耗。因此在折衷權衡曲線中找到最佳設計點是650V IGBT開發的關鍵。圖1顯示了對導通損耗至關重 要的600V和650V IGBT的Vce(sat)特性，兩者的曲線幾乎相同。仔細來看，新型650V IGBT在室 溫和高至額定電流(60A)條件下，或者在更高溫度低于30A以下，Vce(sat)更低，但是差別非常小。圖2顯示了開通和關斷開關損耗的總和。測試條件為：Vdd=400V、Vge=15V和Rg=

4、3Q。此外，兩種 IGBT之間的差異很小。在高溫和一半額定電流條件下，開關性能是相同的。在室溫和額定電流下，新型 650V IGBT的總開關損耗要高出5%。總之，新型650V IGBT的性能在典型工作溫度和電流水平下與 600V IGBT幾乎是等同的，這一點通過電路評測得到證實。PV逆變器的效率為了評估系統級的性能，根據圖1和圖2所示的IGBT特性數據進行損耗分析。選擇一種具有混合開關控 制方案的全橋逆變器作為目標拓撲。圖3顯示了開通。高側IGBT以高頻方式導通和關斷，低側IGBT則 以市電頻率進行開關，并在另一半市電周期內提供續流路徑。圖4顯示高側IGBT的開關頻率為17kHz， 輸出功率為

5、3kW時，每個IGBT的估算功率損耗。假設輸入電壓和輸出電壓分別為400VDC和220VAC， IGBT的殼體溫度為70，以便簡化等式并快速得到仿真結果。因為IGBT集電極電流在19A左右，或 者低于額定電流的一半，即使包含共封裝二極管反向恢復電流帶來的電流峰值，以市電頻率開關時，新型 650V IGBT的功率損耗略微小一些，這與圖1顯示的直流特性很好的吻合。對于以高頻開關的高側IGBT， 開關損耗是主要的功率損耗，新型650V IGBT的損耗略高些，這與圖2顯示的開關損耗數據是一致的。新型650V IGBT也可用于額定功率3kW的單相并網光伏逆變器，并參照現有的600V IGBT對系統效 率

6、進行評估。模擬條件的輸入和輸出規范幾乎相同；帶有混合頻率開關控制的全橋拓撲，高側IGBT的開 關頻率為17kHz。圖5給出了兩個IGBT的效率曲線。在輸入功率小的情況下，開關損耗占據總體功率損耗的絕大部分，因此新型650V IGBT的效率在300W時要低0.2%，在600W時則低0.08%。隨著輸入功率增大，導通損耗成為了主要的損耗因素，新型650V IGBT在2250W時的效率要高出0.19%， 在3kW時高出0.13%。新型650V IGBT的CEC權重效率是96.7%，而現有600V IGBT的CEC權 重效率是96.2%，因為在最高功率的75%時（2250W）權重系數最大。根據系統級效率測試結果和損 耗分析模擬，可以確定：新型650V IGBT的性能與現有600V IGBT的性能相當，但新型650V IGBT 具有更高的阻斷電壓。結論我們開發了一款新型650V IGBT，并在光伏逆變器應用中對其性能進行了評估。新器件在不犧牲性能的 情況下具有更高的阻斷電壓。這一點非常適合光伏逆變器應用以及其它需要更高阻斷電壓的功率轉換系統。說痛mt) M圖1直流特性；飽和電壓3D I ,.；FGH8DN6D D . 125deg5 H1D2D30（-05060Io A圖2開關損耗隨集電極電流變化的情況一/VU Pd