重新應用 BJT：在光伏逆變器中運用新型SiC BJT 可實(shí)現更低的系統成本

減小濾波器的尺寸

在更高的開(kāi)關(guān)頻率下運行，可降低無(wú)源元件的成本。 為了進(jìn)一步提高功率密度，我們著(zhù)眼于改善濾波器電感的方法。 在評估了各種核心材料的能力后，我們選擇了一種使用 Vitroperm 500 F(一種薄夾層式納米晶體材料)制成的新型磁芯材料。 該材料產(chǎn)生的損耗低，且在高頻率下運轉良好。 此外也可在高飽和磁通值下運行，這意味著(zhù)該材料比類(lèi)似的鐵氧體磁芯(圖 2 右側)要小得多。 使用 Virtoperm 磁芯構成的濾波電感器，約為參照系統的四分之一大小。

圖 2 顯示了在最大電流紋波(40%)下對于不同材料將電感器尺寸作為開(kāi)關(guān)頻率函數的因素。 在此，我們假設電感量近似為電感值，而這又取決于峰值磁通密度和開(kāi)關(guān)頻率。 在達到指定的臨界點(diǎn)(在 100mW/cm 時(shí)定義的特定損耗3)后，需要降低峰值磁通量以避免過(guò)熱，從而在該點(diǎn)之外運行將不會(huì )導致其大小顯著(zhù)減小。 頻率一定時(shí)，Vitroperm500F 可在所有材料中實(shí)現最佳性能。

圖 2. 用作頻率函數的不同芯材的電感器大小，以及與 Vitroperm 和鐵氧體磁芯的大小比較

圖 3 顯示了測得的效率級，包括采用兩階段解決方案的驅動(dòng)損耗。 根據計算得出的損耗分布如下圖曲線(xiàn)所示。 該系統可以在沒(méi)有達到臨界溫度或飽和度的情況下達到高電流負載。 該兩階段驅動(dòng)解決方案會(huì )將驅動(dòng)損耗降低至輸入功率的 0.02% 左右。 整體損耗更低使得所需的散熱片尺寸減小，且更高的開(kāi)關(guān)頻率允許使用更小的過(guò)濾器元件。 所有這些特性最終有助于降低系統成本。

圖 3. 48 kHz 時(shí)的效率和驅動(dòng)損耗，以及原型圖

結論

碳化硅賦予 BJT 新的生命。 與基于硅的前代產(chǎn)品不同，碳化硅 BJT 可實(shí)現低傳導損耗、高擊穿場(chǎng)強度，并且可在更廣泛的溫度范圍內穩定運行。 在驅動(dòng)器電路中使用兩個(gè)電源電壓，可降低驅動(dòng)損耗，實(shí)現良好效率。 更高的開(kāi)關(guān)頻率允許使用更小的電感器，從而在系統級實(shí)現顯著(zhù)的成本節約。 高壓應用(如光伏逆變器)將受益于高功率密度、更低系統成本和簡(jiǎn)易的設計，因此 SiC BJT 成為極具吸引力的替代產(chǎn)品。