英飞凌大功率高效光伏逆变器解决方案

由于PrimePACK™功率周次和温度周次的改进，使得光伏逆变器中的IGBT 模块的寿命足已达到20 年以上（电池板使用寿命20 年），能很好地配合整个光伏系统的持久安全运行。

4 PrimePACK™在大功率光伏逆变器中的应用目前PrimePACKTM 在 100KW 及其以上功率的大功率光伏逆变器中已得到了广泛应用，已成为这个功率等级的光伏逆变器的主流功率器件。

4. 1）PrimePACK™封装的应用

PrimePACK™是一款比较大的封装，根据电流等级的大小分别设计了 PrimePACK 和 PrimePACK™3 封装。

对于 1200V/450A IGBT 模块我们分别采用两种不同封装IGBT 模块来对比(见图6)，即EconoDUAL3 封装(铜基板面积 122*62mm )的FF450R12ME4 和 PrimePACK™2封装(铜基板面积 172*89mm )的FF450R12IE4。

以100kw 光伏逆变器为例，工作参数：母线电压Vdc=500V,有效电流 Irms=213A, 开关频率fsw=5KHz,开通关断门极电阻Rgon/off=2.5/3.1，EconoDUAL3 的散热器到环境的热阻为利用英飞凌的损耗和热仿真软件IPOSIM 得到仿真结果如表1所示（都是基于一个IGBT单元的损耗仿真）：

很明显 PrimePACK™2 由于铜基板面积大，壳到散热器的热阻Rthch 是 EconoDUAL3的一半，所以在相同损耗和相同环境温度下，PrimePACK™2 的结温要低，反过来使得IGBT芯片的饱和压降和开关损耗都降低，使总损耗降低，可以发现使用相同的驱动电阻FF450R12IE4 要比FF450R12KE4 整机效率提高0.15％。

注：

IGBT conduction loss----IGBT 导通损耗；IGBT switching loss----IGBT 开关损耗；

Rthjc(per IGBT)----IGBT 芯片结对壳的热阻；Diode conduction loss----二极管导通损耗；

Diode switching loss----二极管开关损耗；Rthjc(per Diode)----二极管芯片结对壳的热阻；Rth heatsink(per arm)---- 散热器对每个IGBT 和二极管单元的的热阻；Total loss----总损耗； Tj----结温

4.2）大电流等级的PrimePACK?在光伏逆变器中的应用

光伏逆变器不同于普通逆变器，它追求高效率，因此对 IGBT 要求损耗要小，图 7 是FF600R12IE4 和 FF900R12IE4 的Vcesat--Ic(饱和压降－电流) 曲线图，从图上可以看出对应于 150℃结温下 600A 电流，FF900R12IE4 的饱和压降为 1.6V,FF600R12IE4 的饱和压降为2.1V, 因此导通损耗相差很大。

以200kw 光伏逆变器为例，工作参数：母线电压Vdc=500v,有效电流 Irms=426A, 开关频率 fsw=5KHz,开通关断门极电阻 Rgon/off=1.8/2.2，利用英飞凌的损耗和热仿真软件IPOSIM 得到仿真结果如表2 所示（都是基于一个IGBT 单元的损耗仿真）：

5.PrimePACK™的最新发展

由于传统 IGBT 和二极管芯片的损耗限制，大功率光伏逆变器的开关频率一般不超过5KHz,带来的问题就是滤波器电感体积大，损耗也大，因此 IGBT 和二极管芯片的开关损耗成为制约逆变器开关频率提高的瓶颈，为了突破这一瓶颈，英飞凌推出了 KS4 的 IGBT 芯片和SiC 二极管芯片组合，并用PrimePACK™2 封装，型号为FF600R12IS4F。

KS4 芯片是英飞凌最快的IGBT 芯片，关断损耗很小，适合高频应用中开关损耗占大部分损耗的场合，SiC 二极管的反向恢复损耗为零，只有的很小的寄生电容的反向损耗，因此两者组合特别适合高频应用，频率越高，优势越明显。

我们以FF600R12IE4 和FF600R12IS4F 为例作对比，如表3 所示，FF600R12IS4F 无论IGBT 的开关损耗还是二极管的反向恢复损耗都大幅降低。

Eon—开通损耗；Eoff—关断损耗；Erec—反向恢复损耗；Qr—反向恢复电荷。

还是以 100kw光伏逆变器为例，工作参数：母线电压Vdc=500v,有效电流Irms=213A,在不同的开关频率利用英飞凌的损耗和热仿真软件IPOSIM 得到仿真结果如表4 所示（都是基于一个IGBT 单元的损耗仿真）：

fsw—开关频率；Total Loss—总损耗；Tvj—工作结温。

可以看出随着开关频率的增加，FF600R12IS4F 和FF600R12IE4 相比总损耗明显要低，在20KHz 开关频率下，总损耗只有FF600R12IE4 的66％。因此FF600R12IS4F 非常适合高频光伏逆变器应用。

6.总结

PrimePACK?是英飞凌推出的最新一代大功率IGBT 模块，它集合了最新的芯片和封装技术，在大功率场合很受欢迎。光伏逆变器追求高效率，PrimePACK?的芯片和封装技术能大大降低IGBT 总损耗从而提高光伏逆变器效率，因此在大功率光伏逆变器中得到了广泛应用，已成为大功率光伏逆变器的主流功率器件，实践表明 PrimePACK?是一款非常适合大功率光伏逆变器应用的性价比很高的IGBT 模块。

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