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    碳化硅肖特基二極管在光伏逆變器的應(yīng)用

    發(fā)布時(shí)間:2023-04-17 來源:基本半導(dǎo)體 責(zé)任編輯:wenwei

    【導(dǎo)讀】在全球推進(jìn)清潔與可再生能源的偉大征程中,光伏發(fā)電行業(yè)一路蓬勃發(fā)展。根據(jù)國家能源局發(fā)布的全國電力工業(yè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示,2022年全國太陽能發(fā)電裝機(jī)容量同比增長率以28.1%居于發(fā)電行業(yè)首位,累計(jì)裝機(jī)容量達(dá)3.9億千瓦。


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    在光伏系統(tǒng)中,光伏逆變器是光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心部件,可將光伏(PV)太陽能板產(chǎn)生的可變直流電壓轉(zhuǎn)換為市電頻率交流電(AC),用以反饋回商用輸電系統(tǒng),或是供離網(wǎng)的電網(wǎng)使用。隨著功率等級(jí)的不斷提高,以及整機(jī)體積的增加,光伏逆變器對功率器件的規(guī)格和散熱要求也越來越高。相比于傳統(tǒng)硅材料,碳化硅性能更為優(yōu)越,因此碳化硅功率器件在光伏逆變器的使用越來越廣泛。其中,碳化硅肖特基二極管無反向恢復(fù)電流,被廣泛應(yīng)用于光伏逆變器中的MPPT電路中,可顯著減小損耗,優(yōu)化散熱,降低成本。


    本文將重點(diǎn)介紹碳化硅材料和碳化硅功率器件在光伏逆變器中的應(yīng)用優(yōu)勢。


    01 碳化硅材料特性及優(yōu)勢介紹


    碳化硅作為寬禁帶半導(dǎo)體的代表性材料之一,其材料本征特性與硅材料相比具有諸多優(yōu)勢。以現(xiàn)階段最適合用于做功率半導(dǎo)體的4H型碳化硅材料為例,其禁帶寬度是硅材料的3倍,熱導(dǎo)率是硅材料的3倍,電子飽和漂移速率是硅的2倍,臨界擊穿場強(qiáng)更是硅的10倍。在硅基半導(dǎo)體器件性能已經(jīng)進(jìn)入瓶頸期時(shí),碳化硅材料的優(yōu)異特性讓它成為了下一代功率半導(dǎo)體器件的理想原材料。


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    圖1  4H型碳化硅與硅基材料特性對比


    在硅基半導(dǎo)體器件性能已經(jīng)進(jìn)入瓶頸期時(shí),碳化硅材料的優(yōu)異特性讓它成為了下一代功率半導(dǎo)體器件的理想原材料。以光伏行業(yè)為例,碳化硅功率器件能為光伏逆變器帶來更高的轉(zhuǎn)換效率、更低的能量損耗,從而有效縮小系統(tǒng)體積、增加功率密度、延長器件使用壽命、降低生產(chǎn)成本等。


    02 碳化硅肖特基二極管在光伏逆變器中的應(yīng)用優(yōu)勢 


    對比硅的快恢復(fù)二極管,碳化硅肖特基二極管在BOOST電路中的應(yīng)用具有很大的優(yōu)勢,由于碳化硅肖特基二極管是肖特基結(jié)構(gòu),且是多數(shù)載流子導(dǎo)電器件,不存在少數(shù)載流子壽命和反向恢復(fù)問題,因此碳化硅肖特基二極管可以降低對應(yīng)換流回路中的開關(guān)損耗,在更高的頻率環(huán)境中工作,且在相同工作頻率下具有更高的效率。


    在光伏逆變器中,碳化硅肖特基二極管主要用于BOOST電路,如圖2所示拓?fù)錇镾ingle Boost,是光伏逆變器中使用較為廣泛的拓?fù)洌負(fù)渲械腄1在使用碳化硅肖特基二極管時(shí),可以降低對應(yīng)換流回路中開關(guān)管的開關(guān)損耗,降低溫升,從而減小散熱器的體積,可以提高頻率,減小磁性元器件的體積,降低成本。


    隨著光伏逆變器功率越來越高,碳化硅肖特基二極管的應(yīng)用優(yōu)勢得到了各大主流光伏逆變器廠商的一致認(rèn)可,光伏行業(yè)成為目前碳化硅肖特基二極管使用量最大的市場之一。


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    圖2  Single Boost拓?fù)?/p>


    03 產(chǎn)品推薦


    隨著光伏逆變器功率的提高與光伏組件的迭代,光伏逆變器中選用的碳化硅器件的規(guī)格也在不斷提升,對器件的浪涌能力、擊穿電壓、雪崩能量以及正向電流等參數(shù)要求都在變高。


    基本半導(dǎo)體面向光伏及儲(chǔ)能領(lǐng)域推出了碳化硅肖特基二極管、碳化硅MOSFET和碳化硅功率模塊三類產(chǎn)品。其中碳化硅肖特基二極管已經(jīng)在工商業(yè)光伏逆變器、組串式光伏逆變器、微型光伏逆變器領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。以下是基本半導(dǎo)體自主研發(fā)的適用于1000V、1500V光伏逆變器系統(tǒng)的碳化硅肖特基二極管型號(hào):


    表1 基本半導(dǎo)體碳化硅肖特基二極管Boost方案器件選型

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    04 結(jié)語


    碳化硅功率器件的諸多優(yōu)勢,使其在光伏儲(chǔ)能、電動(dòng)汽車、軌道交通、工業(yè)控制、智能電網(wǎng)等領(lǐng)域均有廣泛應(yīng)用。隨著光伏行業(yè)的快速發(fā)展,碳化硅器件在光伏逆變器的應(yīng)用不僅限于碳化硅肖特基二極管,在光伏逆變器的逆變部分,碳化硅MOSFET的應(yīng)用也越來越多,基本半導(dǎo)體“SiCer小課堂”后續(xù)也將會(huì)推出相關(guān)文章介紹,敬請關(guān)注。



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