光伏转换器通过更高的开关频率和更低的损耗来减小尺寸重量和成本

在PV-MoVe研究项目中，弗劳恩霍夫IEE的研究人员研究了如何使用功率半导体的主动开关损耗降低网络来实现更小、更轻且更具成本效益的光伏转换器。使用新开发的附加电路，50kW光伏逆变器的直流输入级开关频率可提高2.5-3倍，逆变器输出级可提高10-12.5倍。

该项目于2019年至2023年与项目合作伙伴英飞凌科技股份公司和SUMIDAComponents&ModulesGmbH合作开展。

该项目的主要目标是减少功率半导体的开关损耗，以实现更高的开关频率，其标题为“减少快速开关光伏转换器的开关损耗，以实现目标重量和成本的降低的方法、程序和组件”。这使得我们有机会在不显着影响其效率的情况下制造更小、更轻且更具成本效益的光伏转换器。

“功率半导体的更高开关频率可用于缩小重量和尺寸的主要因素，即功率电感器和电容器，同时减少原材料和供应。这降低了材料消耗和组件成本，从而在冷却器和外壳方面带来额外的好处设计，”MarcoJung教授博士说。这位电力电子专家是FraunhoferIEE转换器和驱动技术部的负责人，也是波恩莱茵西格应用科学大学的正教授。

PV-MoVe项目的重点是使用附加电路来减少开关损耗，因为这些技术可以独立于功率半导体的基础材料而应用。

“它们可用于成熟的硅(Si)技术，以实现通常只能通过碳化硅(SiC)或氮化镓(GaN)等宽带隙(WBG)半导体才能实现的高开关频率，但它们也可以FraunhoferIEE项目协调员SebastianSprunck博士解释道：

此类附加电路由辅助功率半导体、谐振电容器和电感器的专门组合组成。它们可降低主功率半导体在开关转换期间的电压和/或电流应力，从而实现“软”开启和关闭，并大幅降低开关损耗。

为了证明该方法的有效性，我们开发、构建了适用于50kWPV转换器部分系统(即DC/DC输入升压转换器和输出逆变器)的电路，并在实验室环境中进行了全面测试。

“结果清楚地表明，可以显着降低主功率半导体的开关损耗：升压转换器的硅基IGBT最高可达-70%，逆变器的碳化硅MOSFET最高可达-92%“，斯普伦克说。

必要的附加电路本身确实会造成损耗，但可能不会超过主功率半导体中减少的损耗。对于这些，损耗的减少可用于显着提高开关频率，而不会有热过载的风险。

“根据我们的计算，所研究的50kWIGBTPV升压转换器的开关频率可以从6.6kHz增加2.5-3倍。对于相应的SiCANPCPV逆变器，可以从36.6kHz增加10倍–12.5似乎是可能的，”专家总结道。

弗劳恩霍夫科学家现在正致力于将新开发的技术集成到完整的系统演示器中，以验证其在现实条件下的有效性，并将其转移到进一步的应用中，例如电池、燃料电池转换器的驱动。

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