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AC 3/22/2011 Copyright Infineon Technologies 2011. All rights reserved. Page 3
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MPPT (1) Buck 75V-100V OPTIMOS Source: Prof. Burger, Modulintegrierte Elektronik eine Übersicht, Bad Staffelstein 2010
MPPT (2) Buck-boost 75V-100V OPTIMOS Source: Prof. Burger, Modulintegrierte Elektronik eine Übersicht, Bad Staffelstein 2010
Buck-boost Buck Boost S1 / S2: S3 / S4:
MPPT (3) 150V-250V OPTIMOS 1200V SiC diode thinq! Source: Prof. Burger, Modulintegrierte Elektronik eine Übersicht, Bad Staffelstein 2010
OptiMOS 800V-900V CoolMOS 150V OPTIMOS 1200V SiC diode thinq! Source: Prof. Burger, Modulintegrierte Elektronik eine Übersicht, Bad Staffelstein 2010
OptiMOS 的特点和优势 * * Target eff. are in the range of 95% CEC 30V DC 230V AC Infineon Next Best Competitor 6000 5000 4000 3000 2000 1000 FOM RDS(on) *Qg V 0 25 30 40 60 75 80 100 120 150 200 250 V
500V 650V C3 CP C3 C6/E6 CFD2 600V C3 CP C6/E6 CFD 800V 900V C3 C3 2012/9/4 Strictly confidential Page 15 Copyright Infineon Technologies 2010. All rights reserved.
ＣｏｏｌＭＯＳＴＭ 的特点和优势 12 S G Standard MOSFET 10 R on *A [Ohm*mm²] Best conventional competitor Si-Limit Ron x A ~ V(BR)DSS2,4...2,6 CoolMOS C3 8 CoolMOS CP D 6 CoolMOS C6/E6 G S 4 n p+ 2 0 400 CoolMOS server series 500 600 700 pp 800 Breakdown voltage [V] 900 n+sub - - nepi D CoolMOS series breaks MORE the silicon limit! 3/22/2011 Copyright Infineon Technologies 2011. All rights reserved. Page 16
SiC Competition 2009 2005 G2 G5 40 35 Combined characteristics 30 G5 650V : 25 IF (A) 20 - V br =650V (G2, G3 600V) 15 Bipolar pn diode - 10 IF : 40A forward characteristic 5 surge current Schottky diode forward characteristic - 0V f = 1.5V 0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 14.00 G2 & < VG3 F (V) 2012 G2 & < G3 G3 - QSoft c = G3 soldering < G5 < G2 Diffusion soldering G2 G3 Si (, ) 2012/9/4 Strictly confidential Page 17 Copyright Infineon Technologies 2010. All rights reserved.
Devices Function Recommended IFX part Q1,Q2,Q3,Q4 MOSFET OptiMOS 75V-100V D1,D2,D3,D4 SiC SBD 600V (IDD04SG60C) or G5 650V SiC Diode Q5,Q6 SCR Q7,Q8 CoolMOS C3 800V (SPB17N80C3)
Devices Function Recommended IFX part Q1,Q2,Q3,Q4 MOSFET OptiMOS 75V -100V D1,D2,D3,D4 SiC SBD 600V (IDD04SG60C) or G5 650V SiC Diode Q5,Q6 SCR Q7,Q8 CoolMOS C3 800V (SPB17N80C3) Q9 Buck MOSFET CoolMOS C6 600V D5 Buck SiC SBD 600V (IDD04SG60C) or G5 650V SiC Diode
Devices Function Recommended IFX part Q1 MOSFET OptiMOS 75V -150V Q2,Q3 MOSFET CoolMOS CFD 650V Q4,Q5 MOSFET CoolMOS C6/E6 600V/650V D1,D2,D3,D4 SiC SBD 600V or G5 650V SiC Diode
基于双极性控制电压源型太阳能微型逆变器 Devices Function Recommended IFX part Q1 原边MOSFET OptiMOS 75V -150V Q2,Q3,Q4,Q5 逆变用MOSFET CoolMOS CFD 650V D1,D2,D3,D4 整流二极管 SiC SBD 600V or G5 650V SiC Diode
关于逆变侧功率器件的建议 截止目前还没有相关规定要求太阳能微型逆变器具有处理无功功率的能力(VDE4105) 通常使用 ４颗ＭＯＳＦＥＴ组成一个全桥逆变器 对于电流源型逆变器 800V/900V CoolMOS C3 由于输出侧没有ＬＣ滤波器 逆变器的输出直接和 电网连接 从而容易受到电网中尖峰电压的干扰 比如附近发生雷击等异常现象时 由于电压尖 峰可能达到６ｋＶ 所以需要额外的保护电路 ＭＯＳＦＥＴ的电压应力可能超过６５０Ｖ 为保证器件发 生雪崩风险 推荐使用８００Ｖ ９００Ｖ Ｃ３系列的产品 对于电压源型逆变器 输出侧需要ＬＣ滤波器 进而可以保护逆变端的功率器件 650V CoolMOS C6/E6 CFD may be required 如果采用单极性控制 推荐使用ＣＦＤ系列的产品作为低 频开关管 高频开关管推荐使用Ｃ６ Ｅ６ 如果采用双极性控制 推荐使用ＣＦＤ系列的产品 如果需要处理无功功率的能力 推荐使用ＣＦＤ系列的产 品
ＣＦＤ ＣＦＤ２的比较 带快恢复体内二极管的CoolMOS 系列产品 ＣＦＤ系列产品的电压等级是６００Ｖ ＣＦＤ２则是６５０Ｖ 适应更高输入电压的应用 更大的设计裕量 更好的性价比 更好的轻载效率 2.5 2.0 1.5 1.0 反向恢复电荷 [µc] 20 15 Id [A] 3.0 27 µc in corresponding C6 type 更好的ＥＭＩ性能 Ids_SPW47N60CFD Ids_IPW65R080CFD 10 5 0 0.5 0.0-5 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 time [µs] 3/22/2011 Copyright Infineon Technologies 2011. All rights reserved. Page 23
目录 太阳能微型逆变器的特点和优势 ＭＰＰＴ 常用解决方案 英飞凌功率器件在微型逆变器中的应用 英飞凌２００Ｗ微型逆变器解决方案 总结 3/22/2011 Copyright Infineon Technologies 2011. All rights reserved. Page 24
英飞凌２００Ｗ 微型逆变器解决方案 演示板 MPPT 同步整流BOOST 隔离 全桥 LLC 全桥逆变 演示板中的功率器件 ＭＰＰＴ 同步整流升压电路 ２ ｐｃｓ ＢＳＣ０７０Ｎ１０ＮＳ３ 全桥ＬＬＣ电路 ４ ｐｃｓ ＢＳＣ０２８Ｎ０６ＮＳ ２ ｐｃｓ ＩＤＨ０５Ｓ１２０ ＩＣＥ２ＨＳ０１Ｇ 逆变电路 ４ ｐｃｓ ＩＰＢ６５Ｒ０９９Ｃ６ ２ ｐｃｓ ＩＤＤ０６ＳＧ６０Ｃ ＸＥ１６１ＦＬ 3/22/2011 Copyright Infineon Technologies 2011. All rights reserved. Page 25
升压电路 基本规格 输入 ２２Ｖｄｃ ５５Ｖｄｃ 输出 ４５Ｖｄｃ 拓扑 同步整流Ｂｏｏｓｔ变换器 使用的元器件 控制器 ＩＳＬ６８４０ ｆｒｏｍ Ｉｎｔｅｒｓｉｌ 低压ＭＯＳＦＥＴ ＢＳＣ０７０Ｎ１０ＮＳ３ 驱动ＩＣ ＬＭ５１００Ａ 目标峰值效率 ９９ 3/22/2011 Copyright Infineon Technologies 2011. All rights reserved. Page 26
升压电路 升压电感的设计 Ｂｏｏｓｔ开关管工作频率 １００ＫＨｚ 电感量 ２２ｕＨ Ｃｏｒｅ ｆｏｒｍ ａｎｄ ｍａｔｅｒｉａｌ ＰＱ２６２０ ＴＰ４Ａ ＴＤＧ Ｂｏｂｂｉｎ ｆｏｒｍ ｖｅｒｔｉｃａｌ ｖｅｒｓｉｏｎ 采用２颗ＢＳＣ０７０Ｎ１０ＮＳ３ 目前可以获得 ９９ 的效率 效率测试结果 3/22/2011 Copyright Infineon Technologies 2011. All rights reserved. Page 27
ＬＬＣ电路 基本规格 输入 ４５Ｖｄｃ 输出 ３６０Ｖｄｃ 拓扑结构 全桥ＬＬＣ 使用的元器件: 控制器 ＩＣＥ２ＨＳ０１Ｇ 低压ＭＯＳＦＥＴ ＢＳＣ０２８Ｎ０６ＮＳ 驱动ＩＣ ＬＭ５１００Ａ 铁氧体磁芯 谐振电感 ＰＱ３２２０ ＬＬＣ变压器 ＥＥＲ３５ 目标效率: >=98% 3/22/2011 Copyright Infineon Technologies 2011. All rights reserved. Page 28
ＬＬＣ电路 谐振电路参数设计 Ｌｒ 磁芯材料 ＰＱ３２２０ ＴＰＷ３３ ＴＤＧ 电感量 Ｌ ５ ５４ｕＨ Ｌｐ 磁芯材料 ＥＥＲ３５ ＴＰＷ３３ ＴＤＧ 电感量 Ｌｐ ３４ ５ｕＨ Ｌｉｋｐ ６ｕＨ 效率测试结果 3/22/2011 Copyright Infineon Technologies 2011. All rights reserved. Page 29
逆变电路 基本规格 输入 ３６０Ｖｄｃ 输出 ２３０Ｖａｃ １８０Ｖａｃ ２６４Ｖａｃ ５０Ｈｚ ４７Ｈｚ ５３Ｈｚ 开关频率 ５０ＫＨＺ 拓扑结构 Ｈ ｂｒｉｄｇｅ 使用的元器件 效率测试结果 控制器 ＸＥ１６１ＦＬ ＣｏｏｌＭＯＳ ＩＰＢ６５Ｒ０９９Ｃ６ ＩＧＢＴ ＩＧＢ２０Ｎ６０Ｈ３ ＳｉＣ Ｄｉｏｄｅ ＩＤＤ０６ＳＧ６０Ｃ 目标效率 ９８ 3/22/2011 Copyright Infineon Technologies 2011. All rights reserved. Page 30
逆变电路 逆变电路拓扑结构 具有处理无功功率的能力 最高可以工作在 １００ＫＨｚ的开关频率 3/22/2011 Copyright Infineon Technologies 2011. All rights reserved. Page 31
总结 简单介绍了太阳能微型逆变器的特点和优势 总结了目前常见的几种ＭＰＰＴ 最大功率点追踪 电路 对不同的太阳能微型逆变器解决方案进行了分析和比较 并且介绍了如何 使用英飞凌的各种产品设计出高性能的微型逆变器 包括ＬＬＣ控制ＩＣ ＣｏｏｌＭＯＳ ＯｐｔｉＭＯＳ ＳｉＣ Ｄｉｏｄｅ等 英飞凌将推出采用由英飞凌高性能的功率器件 ＰＷＭ 控制ＩＣ以及ＭＣＵ 组成 的２００Ｗ 太阳能微型逆变器解决方案 该方案具有处理无功功率的能力