SiC赋能光伏取可再生动力功率转换

SiC 赋能光伏与可再生能源功率转换

CREE | WOLFSPEED, GUY MOXEY

紧张的可再生能源办理方案，比方风能和太阳能，每每会与储能相立室。储能是业界增进最为快速的范畴之一。宽禁带 SiC 技能则是这类办理方案的焦点。终端体系设计者已经开辟出 SiC 功率半导体办理方案，与 Si 方案相比，可实现更高效、更小型和更具本钱效益。SiC 器件在应对电网级电压时，具有更为明显的高可靠性，并提供出类拔萃的性能。

在可再生能源体系中 SiC 器件 vs Si 器件

Wolfspeed 在 SiC 范畴已深耕 30 多年，对其有着遍及的研究，而且开辟出富厚的宽禁带 SiC 器件产物组合，得当全部器重服从、功率密度和总体体系本钱的功率应用。

图1. Wolfspeed SiC 赋能光伏 DC/DC 和 DC/AC 功率转换

在光伏和储能等可再生能源范畴的硬件设计职员，已经使用 SiC 取得不错的结果。SiC 实现了高频率开关且不丧失服从。简而言之，这意味着更小尺寸的电路磁性元件以及温度范畴内更为平缓的导通电阻 RDS(on)。而这些将带来在真实事情条件下更低的导通消耗。岂论是光伏板的升压功率，大概是返回电网的逆变功率，SiC 都是显而易见的优秀选择。由于 SiC 能为设计带来功率密度提拔、体系尺寸减小、体系重量减轻以及均衡体系本钱。

Wolfspeed SiC 对付设计所孕育发生的真实影响

如今，SiC 已经被验证可比传统采纳 Si 的方案更有用率。组串式光伏体系在一系列光伏板和毗连到电网的逆变器之间采纳最大功率点追踪 (MPPT)。MPPT 在素质上是升压转换器对付体系设计性能的服从和功率密度是至关紧张的。在曩昔的设计之中，升压转换器大概是基于 IGBT 的，其器件开关在 15–30 kHz，服从范畴在~97%。

通过在雷同升压电路中采纳 Wolfspeed C3M MOSFET 和 C4D 二极管，体系层面服从如今可以到达最高 99.5%，且总体 MPPT 尺寸和本钱都有明显革新（图2）。

图2. 采纳 IGBT 的 50-kW MPPT 升压器（左）和采纳Wolfspeed SiC 的 60-kW MPPT 升压器（右）的物理尺寸比拟

采纳 Wolfspeed SiC 的设计更为简便：借助 SiC MOSFET 进步了开关频率以及 SiC 升压二极管的靠近零反向规复的特性。这将关心实现最低的电路消耗，以及尽大概地减小尺寸，由于也会带来升压电感器、电容器和冷却体系的本钱低落。

性能比拟

为什么进步开关频率会带来云云紧张的影响？由于通过采纳 Wolfspeed SiC 器件，与 IGBT 方案相比，体系可以在 3 倍至 4 倍的开关频率下事情，同时进步总体服从。

图 3 展示了 Si IGBT 和 Wolfspeed SiC MOSFET 器件开关频率的逐项比力，以及相干的对付升压器被动元件和冷却设计的体系层面影响。可以清晰地看到本来大尺寸且高本钱的升压电感器、电容器和散热器可以被尽大概地最小化，随着 SiC MOSFET 开关频率进步至 60 kHz 及以上。

图3. SiC 开关频率影响

在图 4 可以看到进步开关频率对付升压电感器代价和尺寸所孕育发生的现实影响。升压器尺寸可以减小到 16-kHz IGBT 方案的一半，且本钱可以淘汰近40%。

图4. 采纳 IGBT 和 SiC MOSFET (SiC MOSFET = 47 kHz, 140 µH) 的升压传感器比拟

小结

Wolfspeed SiC 如今可以赋能多种差别的应用，由于 SiC 基方案已经被证明可以比Si基方案实现更高服从、功率密度和体系本钱效益。设计职员可以依附 SiC MOSFET 的更高开关速率、更低导通消耗，来减小电路磁性元件和其他被动元件的尺寸和本钱，从而实现明显的功率密度提拔，且不必要在服从和本钱之间衡量妥协。

备注：以上所列全部数字都是大要估算，会依据应用而有所改变。

关于英文原稿，敬请点击【阅读原文】，或访问：

http://www.powerelectronicsnews.com/enabling-solar-and-renewable-energy-power-conversion-with-sic/