工程師研發日記：光伏逆變器可靠性設計

功率開關管驅動電路設計

IGBT驅動電路的作用是將DSP發出的控制信號加以隔離并放大， 以驅動IGBT等功率器件，并檢測電路的電壓，防止因電路過壓， 短路而造成IGBT損壞，因此驅動電路應滿足以下要求：

（1）為了減少器件的損耗，驅動電路應保證器件充分導通和可靠關斷。 驅動電路與IGBT的連線要盡量短。

（2）保障驅動電路和主回路的電氣隔離，由于主回路是高電壓， 驅動控制電路是低電壓，所以要求驅動信號與主回路無電氣耦合。

（3）具有抗干擾能力，防止開關器件在各種外界干擾下的出現誤動作， 影響逆變器總的發電量，保證器件的高可靠的工作。

（4）具有可靠的保護能力，當主回路或驅動控制電路出現故障時 (如主電路過電流、過電壓和驅動電路欠電壓）， 驅動電路應迅速封鎖IGBT的PWM信號，關斷器件。 主要的保護功能有：過流檢測及保護，欠壓檢測及保護， 溫度檢測及保護。

IGBT驅動電路按功能可分三種類型：單功能型、多功能型、全功能型。

（1）單功能型驅動電路是由功率緩沖器和光耦構成，如HCLP-3150，

（2）多功能型的大功率IGBT驅動保護電路，如HCPL-316J、 M57962， VLA500-01等。

直流母線電容設計

太陽能組件輸出的連續的直流電流，逆變橋采用高頻PWM控制，輸出的是高頻脈沖電流，因此在逆變橋和太陽能組件之間，需要一個直流支撐電容，主要有以下幾個作用：

（1）和太陽能組件一起提供逆變器輸入電流；

（2）降低諧波電流進入電網；

（3）當機器在緊急情況下急停時，能吸收功率開關器件關斷下能量；

（4）在特殊工況下，能提供瞬時峰值功率；

（5）當逆變器受到電網瞬時峰值沖擊，能保護逆變器。

母線電容設計選型，要考慮的以下主要因素：電容器的額定電壓、電容器容量、電容器的紋波電流、電容器的安裝散熱方式，電容器的溫升和壽命等等

1）從紋波電流考慮，母線電容中的紋波電流一般取流過IGBT電流的0.65倍。所有電容的紋波電流之各要大于此值。

2）從能量的轉換考慮，一般要使電容組能提供0.5個周期的能量。

3) 電容的電壓要大于電流最高電壓

選擇IGBT時需要考慮額定電壓和額定電流是否在允許的范圍內：

耐電壓要求：IGBT在開通和關斷時，會在產生尖峰電壓，這個電壓要低于器件的耐壓值，否則器件將因電壓過高擊穿而損壞；本逆變器輸入電壓范圍是450VDC到820VDC，關斷時的峰值電壓為： UCESP (820×1.1+50)×α=1047V

式中，IGBT的CE兩端承受的最高電壓是820V，1.1為IGBT電壓保護系數，α為安全系數，一般取1.1，50為L×(di/dt)引起的尖峰電壓。令UCES≥UCESP，并向上靠攏IGBT的實際電壓等級，取UCES=1200V。

安全電流：IGBT工作過程中，峰值電流必須小于IGBT的額定電流；