标签: 逆变器

在全球能源转型加速、光伏技术迈向高功率时代的浪潮中，2000V高压系统将正成为产业效率跃升的核心路径。为打破非专业人士不能及时维护故障的桎梏、引领技术突破，威可特依托深厚技术积淀，率先研发出2000VDC可插拔式高压光伏熔断器，为2000V系统提供更安全便捷的保护。 UL CLASS CF Fuses Finger-Safe Low-Peak CCP Fuse Delivers Enhanced Protection with 70% Size Reduction. • Finger-safe fuses prevent access to live parts, eliminating personnel shock hazards • Minimizes incident energy and reduces arc-flash hazards utilizing Class J electrical characteristics • Idicator option helps speed troubleshooting for reduced downtime • Smallest footprint of any class fuse including Class J,CC, T and RK • Vicfuse UL CLASS CF Fuses are categorized into four application types: VUCF: FAST-ACTING VUCT: TIME-DELAY VUCFP: Photovoltaic FAST-ACTING VUCFW: Wind Power FAST-ACTING •FAST-ACTING protection specifically designed for low-fault current conditions that occur in PV systems Voltage Rating: 600-2000VDC Current Rating: 35-600Amp** Interrupt Rating: 50kA DC Fuse holders: VCFH60,VCFH100***

东芝两款全新碳化硅（SiC）MOSFET双模块---MG600Q2YMS3和 MG400V2YMS3前者额定电压为1200V，额定漏极电流为600A；后者额定电压为1700V，额定漏极电流为400A。作为东芝首批具有上述额定电压的产品，它们与之前发布的MG800FXF2YMS3共同组成了1200V、1700V和3300V器件产品线。 这两种新模块在安装方式上兼容广泛使用的硅（Si） IGBT模块。两种新模块的低损耗特性满足了工业设备对提高效率、减小尺寸的需求，例如用于轨道车辆的转换器和逆变器以及可再生能源发电系统。 应用 - 用于轨道车辆的逆变器和转换器 - 可再生能源发电系统 - 电机控制设备 - 高频DC-DC转换器 特性 - 安装方式兼容Si IGBT模块 - 损耗低于Si IGBT模块 - MG600Q2YMS3 VDS(on)sense＝0.9V（典型值）@ID＝600A，Tch＝25°C Eon＝25mJ（典型值） Eoff＝28mJ（典型值）@VDS＝600V，ID＝600A，Tch＝150°C MG400V2YMS3 VDS(on)sense＝0.8V（典型值）@ID＝400A，Tch＝25°C Eon＝28mJ（典型值），Eoff＝27mJ（典型值）@VDS＝900V，ID＝400A，Tch＝150°C - 内置NTC热敏电阻 主要规格

随着对逆变器的功率密度、效率、输出波形质量等性能要求逐渐增加，中点钳位型(Neutral Point Clamped，NPC)的三电平拓扑逆变器已经得到了广泛的应用，典型的三电平拓扑有二极管型NPC(NPC1)、Conergy NPC(NPC2)、有源NPC(ANPC)，如下图所示。 相对于传统的两电平逆变器， 三电平逆变器有以下优点： 1. 输出波形的谐波成分少： 三电平逆变器相对两电平逆变器，增加了一个零电平通路，相电压可输出三个电平，即+Vdc/2、0、-Vdc/2，根据下图可以看到三电平逆变器输出的电压波形更加接近正弦波，具有更低的THD。 2. 损耗减小，开关频率提升，系统成本降低： 如NPC1拓扑中开关器件的电压可减小为原来的一半，器件开关损耗大幅降低，因此可提高开关频率减小输出滤波器的体积和成本，如果在功率等级不变的情况下，可通过提高母线电压减小输出端的电流，减少输出线缆的成本。 3. 器件可靠性提升： 在同样电压等级的系统中，三电平拓扑中器件承受的阻断电压降低，器件的可靠性得以提升。 4. 改善电磁干扰EMI： 由于开关过程中器件的dv/dt大幅降低，系统电磁干扰得到改善。 当然三电平拓扑也存在一些劣势，例如器件成本增加、控制算法复杂度提升、损耗分布不均衡和中点电位波动等问题，但由于三电平拓扑的独特优势，在光伏、储能、UPS、APF等众多场合得以广泛使用，下面就常见的三电平拓扑进行介绍。 01 NPC1 1.1 电流路径 上图中蓝绿色线条为导通电流路径，紫色线条为对应的零电平换流路径，功率因数为+1对应①和②两种模态，功率因数为-1对应③和④两种模态； 1.2 损耗分布 以F3L225R12W3H3器件(NPC1)在100kW PCS的仿真为例，仿真条件为Vdc=1000V，Vac=380V，Fsw=16kHz，Fout=50Hz，在逆变工况时，NPC1的损耗主要集中在T1/T4管，包括导通损耗和开关损耗；T2/T3为常开状态，损耗主要为导通损耗；D5/D6在换流时导通，其损耗包括导通损耗和反向恢复损耗。 在整流工况下，损耗主要集中在D1/D4管和T2/T3管，D1/D4存在导通损耗和反向恢复损耗，T2/T3在换流时产生导通损耗和开关损耗，而D2/D3和D5/D6仅存在导通损耗。 02 NPC2 在NPC2拓扑中，用一对共射极或共集电极的IGBT和反并联二极管代替NPC1二极管钳位的功能，减少了两个二极管器件，其中T1/T4管承受全母线电压，T2/T3管承受半母线电压。 2.1 电流路径 NPC2的工作模态和NPC1类似，在逆变工况下，正半周期时，T2保持常开状态，T1和D3换流；负半周期时，T3保持常开状态，T4和D2换流。在整流工况下，正半周期时，T2仍保持常开状态，由D1换流至T3/D2；负半周期时，由D4换流至T2/D3。 2.2 损耗分布 以F3L500R12W3H7器件(NPC2)在100kW PCS的仿真为例，仿真条件为Vdc=1000V，Vac=380V，Fsw=16kHz，Fout=50Hz，在NPC2拓扑中T1/T4为高压器件，开关损耗较大些，但由于电流路径上的开关器件数量减少，导通损耗更小，因此NPC2拓扑在中低开关频率的系统中效率更优。而NPC1拓扑中电流路径上的器件数量增加，会产生更大的导通损耗，但每个器件只承受半母线电压，开关损耗大幅降低，因此在高频时更有优势。 以Irms=150A，Vdc=730V，PF=1，M=1的工况为例进行仿真，使用相同电流等级，不同耐压的模块组成两电平、NPC1和NPC2拓扑，各拓扑产生的总损耗随开关频率变化的曲线如上图所示，可以看到两电平拓扑仅在低频时总损耗较小，NPC1和NPC2拓扑的总损耗在16kHz时存在交叉点，交叉点前NPC2拓扑整体损耗低于NPC1拓扑，效率更优，在交叉点后NPC1拓扑的总损耗的上升速率低于NPC2拓扑，高频下NPC1拓扑的效率更优，值得注意的是交叉点的频率也随应用工况和具体器件特性不同而略有差异。 03 ANPC 将NPC1中的钳位二极管更换为IGBT和反并联二极管就形成了ANPC拓扑，其拓展了两条零电平换流路径，通过对零电平换流路径的选择和控制可以实现更均衡的损耗分布和更小的换流回路杂感。 3.1 电流路径 ANPC在每个模态时的零电平换流有多条路径可供选择，根据调制算法的不同分为ANPC-1和ANPC-2以及ANPC-1-00等，三种调制算法的状态表如下所示。 可以看出在ANPC-1中，采用短换流回路进行换流，T2和T3以输出电压基波分量的频率进行开关动作，其余均以开关频率进行开关动作(表中以深灰色标记)。 在ANPC-2中，采用长换流回路进行换流，T2和T3以开关频率进行开关动作，其余均以输出电压基波分量的频率进行开关动作。 ANPC-1-00是在ANPC-1的基础上增加了‘0’状态，此时0+和0-充当P至0和N至0转换时的中间切换态，ANPC-1-00调制算法通过两条并联的换流路径减小了零电平时的导通损耗，以上不同的调制算法会产生不同的损耗分布。 本文主要和大家讨论了三电平逆变器拓扑的优势、常见三电平拓扑的换流路径、损耗分布，后续会针对三电平的双脉冲测试、阻断态均压问题、调制策略等内容和大家讨论，敬请期待。 来源：Hou Henry/英飞凌工业半导体

TK49N65W5是由东芝设计的一款强大的N沟道MOSFET，专门为寻求高效能和可靠性电子设计的工程师量身定制。这款元件属于东芝的DTMOS系列，采用超级结结构，在开关电压调节器中表现出色。在本文中，我们将探讨TK49N65W5的关键特性、优势以及应用场景，为工程师在将这款MOSFET集成到设计中时提供必要的见解。 TK49N65W5的关键特性 低漏源导通电阻（RDS(ON)） ： TK49N65W5在标准条件下（VGS = 10 V, ID = 24.6 A）的典型RDS(ON)值仅为0.051 Ω。这种低电阻确保了操作期间的功率损耗最小化，对于高效能电源和转换器至关重要。 快速反向恢复时间 ： TK49N65W5的典型反向恢复时间（trr）为145 ns，非常适合高速开关应用。这一特性降低了开关损耗，提升了系统的整体效率，非常适用于需要快速响应时间的电力电子产品。 高电压和电流处理能力 ： 该MOSFET可以承受高达650 V的漏源电压（VDSS）和在25°C下49.2 A的连续漏电流（ID）。这些规格使其在广泛的高压应用中表现出色，包括工业电源、马达驱动和可再生能源系统。 热性能 ： TK49N65W5具备优异的热特性，其通道到壳体的热阻（Rth(ch-c)）为0.313°C/W。这种特性使得热量可以有效散发，确保MOSFET即使在高负载条件下也能可靠运行。 增强型工作模式 ： 该MOSFET的栅极阈值电压（Vth）范围为3到4.5 V，易于控制和集成到各种栅极驱动电路中。对于需要精确控制MOSFET开关的复杂系统设计，这一灵活性非常有利。 应用场景 TK49N65W5 MOSFET用途广泛，可在众多应用中发挥作用。以下是一些适合这款元件的关键场景： 开关电压调节器 ： 其低RDS(ON)和快速开关特性使得TK49N65W5成为开关电压调节器的理想选择。它确保了高效的能量转换，最大限度地减少了热量产生，并提高了电源的整体效率。 可再生能源逆变器 ： 逆变器是太阳能和风能系统中的关键部件，高效的DC到AC转换至关重要。TK49N65W5的高电压处理能力使其适用于这些系统，确保在不同负载条件下的可靠运行。 马达驱动 ： 在工业和汽车应用中，TK49N65W5可以用于需要精确控制和高效电源管理的马达驱动。其快速开关和坚固的设计即使在苛刻的环境中也能保证平稳运行。 不间断电源（UPS） ： 在UPS系统中，可靠性和效率至关重要。TK49N65W5提供了所需的性能，以确保连续的电力供应，减少停机风险并延长系统寿命。 设计考虑 在将TK49N65W5集成到设计中时，必须考虑热管理和栅极驱动要求。尤其是在高电流应用中，适当的散热设计对于维持安全的工作温度至关重要。此外，确保栅极驱动电压在规定范围内，将优化MOSFET的性能和寿命。 工程师还应查看东芝的半导体可靠性手册，并遵循ESD处理的最佳实践，因为TK49N65W5对静电放电敏感。采取这些预防措施将防止在组装和处理过程中发生损坏，确保元件在最终产品中的可靠性。 结论 东芝TK49N65W5 MOSFET是一款高性能元件，为现代电子设计提供了工程师所需的灵活性和可靠性。无论是开发电源、马达驱动还是可再生能源系统，这款MOSFET都能提供满足当今技术需求的效率和坚固性。通过仔细考虑应用要求并利用TK49N65W5的关键特性，工程师可以设计出不仅强大而且高效可靠的系统。

在现代电力电子领域，氮化镓（GaN）作为第三代半导体材料正日益受到重视。与传统的硅基半导体相比，GaN具有更高的电子迁移率和击穿电压，这使得GaN器件能够在更小的尺寸下承受更高的电压并实现更快的开关速度。这些特性使得GaN非常适合用于高效率和高频率的电源转换应用，例如三相逆变器。 三相逆变器是一种将直流电（DC）转换为交流电（AC）的设备，广泛应用于机器人、伺服系统和可再生能源系统等领域。在这些应用中，电机驱动器需要精确控制电流和电压，以实现对电机速度和扭矩的精确调节。传统的硅基功率器件在高频操作时会面临较大的开关损耗和散热问题，而GaN器件则可以显著提高逆变器的效率和功率密度。 TI（德州仪器）公司推出的GaN器件，如LMG341x系列，集成了驱动器，可以实现更小的尺寸，同时不受寄生参数的影响。这意味着在设计逆变器时，可以使用更紧凑的布局，减少电路板上的寄生电感和电容，从而提高系统的可靠性和性能。 在测试过程中，该参考设计采用了80kHz的脉冲宽度调制（PWM）技术。PWM是一种将模拟信号转换为数字信号的技术，通过调整脉冲的宽度来控制输出信号的有效值。在逆变器中，PWM用于控制功率器件的开关状态，从而调节输出电压和频率。 INA241是INA240的高共模放大器的下一代产品，它具有更好的失调电压和共模抑制比（CMRR）。失调电压是指放大器输入端无差分信号时的输出电压，而CMRR是衡量放大器对共模干扰信号抑制能力的指标。这两个参数对于电流检测性能至关重要，因为它们直接影响到测量的准确性和稳定性。 INA241还具有“增强型PWM抑制”功能，这可以帮助减少由于PWM切换引起的噪声和干扰。在电机驱动器中，精确的电流检测对于实现高性能的控制算法至关重要。因此，INA241的这一功能可以显著提高逆变器的电流检测性能，从而提高整个电机控制系统的性能。 综上所述，基于GaN的48V/15A三相逆变器参考设计利用了GaN器件的高电子迁移率和高击穿电压特性，以及TI GaN器件的集成驱动器优势，实现了更小的尺寸和更高的效率。同时，通过使用具有改进失调电压、CMRR和增强型PWM抑制功能的INA241高共模放大器，该设计能够提供更精确的电流检测，这对于高性能电机驱动器来说是至关重要的。随着GaN技术的不断发展和应用范围的扩大，我们可以预见，未来将会有更多高效、紧凑的电力电子设备出现在机器人、伺服系统和其他工业应用中。