解读电源三大热门领域的技术方案　

　　中国市场需要多元化技术

　　随着中国分布式光伏发电市场的起步，客户的需求又有了新的特点，欧美和大洋洲是分布式式光伏发电成熟市场，逆变器技术成熟，各家都有自己的技术方案，甚至专利电路，以追求更高的效率为目标。中国逆变器企业必须要有创新才能赢得这一市场，他们的技术一定是多元化，需要定制一些IGBT模块来帮助客户和行业实现技术超越。为了加强与客户的技术合作，提高对中国客户的支持水平，我们建立了联合实验室这样一个有效平台，共同探讨器件和系统的技术发展趋势和解决方案，一起在实验室解决功率器件的应用问题。

　　中国发展分布式发电所需要的组串型逆变器正好赶上英飞凌IGBT技术发展的锲机，我们开发了适合三电平应用的TRENCHSTOP™5的几款芯片，有高速H5、S5系列，还有低饱和压降的L5系列，使客户有机会在电路的拓扑结构和控制技术方面进行创新。相信中国分布式发电起点会相当高，发展非常快。

　　光伏客户期望20年以上的寿命，功率器件也是一瓶颈，需要我们的技术工艺保证，需要我们质量体系的保证，同时也需要在应用层面做好可靠性设计，这是需要我们与客户共同努力实现的。

　　光伏逆变器的新方向

　　太阳能/光伏的应用市场会继续稳步成长，特别是在中国。在技术上，逆变器会朝向更高的能效、允许更宽的电池板输入电压、更小的体积、更高的可靠性方向发展。所以，更高频化的应用和新材料，如碳化硅(SiC)的应用、更多的功能、集成化多电平的模块应用等方面，可能是未来逆变器设计的一些主要方向。

　　安森美提供高能效和更小漏电流解决方案

　　安森美半导体一直致力于新能源领域，同时非常注重新技术的开发与新材料器件的应用。在光伏逆变器上，我们推出了我们第三代的超级结MOS管，相比前一代产品，新一代的MOS管利用电荷平衡技术，大幅减少了导通电阻RDS(on)与门极电荷Qg，可使系统的能效显著提高，并承受极端dv/dt额定值。如N沟道MOSFET FCH023N65S3_F155和FCH040N65S3_F155，100%经过雪崩击穿测试，RDS(on)典型值分别为19.5 mΩ、35.4 mΩ，Qg典型值分别为222 nc、136 nc。在IGBT方面，Trench沟道的第四代的场截止(Field-stop) IGBT大幅减小了关断损耗，从而可以使IGBT在更高的频率下工作，来满足更高的功率密度的要求。如FGH50T65SQD_F155和FGH75T65SQD_F155，具备高电流能力、高输入阻抗、快速开关和紧密的参数分布等特性。另外，SiC二极管也是安森美半导体在光伏应用中的一个拳头产品，目前已经量产。相比于竟争对手的方案，我们有更高的能效和更小的漏电流。

　　安森美半导体不光在分立器件上有业界领先的产品，我们也结合我们在功率模块上的先进技术，推出了我们的太阳能功率集成模块 (PIM)。集成化的模块包括了IGBT及整流器，采用安森美半导体的专有沟槽场截止技术(FS)及强固的超快快速恢复二极管，配置为中点钳位式T型拓扑结构，能效可超过98%。可配置的封装平台采用大功率直接键合铜(DBC)基板技术及专有的压合(press-fit)引脚，可以提供更高的功率密度、更高的性能与更高的可靠性。

　　三菱电机的第7代IGBT技术提升

　　随着储能相关技术的发展，以及相关标准的制定和出台，储能技术将对电网的稳定运行提供保证。这将促进光伏发电市场的进一步扩大和发展。

　　从大的市场需求来看，由于受到补贴调整等国家政策的影响，集中式光伏电站的市场占比将在未来呈现下降趋势，而分布式光伏发电的市场份额将呈现增长趋势。

　　为了应对补贴下降带来的影响，市场对光伏组件和光伏逆变器的成本降低的需求将加强。目前来看，1500V等更高电压的光伏组件将在成本降低方面将会很大程度上弥补支付补贴的下降。因此，随着市场的期待，诸如1500V等更高电压的光伏组件将会加快进入到市场的步伐。另外，光伏发电的效率和可靠性等要求也将相应提高，以提高光伏电站的产出，并降低光伏电站和光伏逆变器的维护成本。因此，新技术在光伏电站和光伏逆变器中的应用需求将不断加强，并且将促进光伏发电行业的良性竞争和健康发展。

　　三菱电机的1500V光伏逆变器应用模块

　　针对光伏发电市场向更高电压的发展，以及对效率的需求，三菱电机推出了面向1500V光伏逆变器应用的模块，包含新型封装的1合1模块和第7代标准封装的IGBT模块。

　　新型封装的1合1模块额定电流大，适用于不并联或者少并联的需求，而且1合1的封装能够灵活组成T型三电平或者I型三电平拓扑，以满足客户的多样化需求。

　　第7代NX封装的IGBT模块采用了三菱电机最新一代的CSTBTTM硅片和RFC二极管硅片技术，同时兼容业界主流器件封装，因此有助于实现光伏逆变器更高的效率，并提高逆变器的竞争力。另一方面，第7代IGBT模块所采用的一体化基板和直接树脂灌封的SLC技术，将大大提升模块本身及其所应用的光伏逆变器的寿命。总之，这是一个性价比极高的解决方案。

隔离器

　　工业领域的磁耦驱动新技术

　　近两年，碳化硅材料(Silicon Carbride, SiC)进入应用领域。SiC半导体具有宽禁带、高击穿电场、高饱和漂移速度和高热导率的优异特性，正在推动工业领域对功率设备在功率密度方面的革命。

　　磁耦技术源自成熟的隔离变压器驱动技术，通过将微观级的无磁芯线圈埋置于芯片封装内，提高了电路集成度，并保证了产品性能的稳定。

　　相对于现有光电耦合和电容耦合，磁耦合产品更适合在大功率密度的产品中应用。

　　ROHM公司推出了系列磁耦驱动芯片，从输入信号到驱动功率输出，信号最大延时误差约为130ns。该性能基本满足了客户开发200kHz以内的功率转换设备。相对于现在普遍采用的IGBT在20kHz的工作频率，开发同功率产品的体积和重量可以得到明显的改善。

　　同时，针对高频驱动，在电路上通过将功率电源与信号分开传输，满足了高频方案的要求。

　　传统的隔离变压器技术同时传递控制逻辑信号和功率电源。似乎效率非常高。但是在SiC应用场合，由于控制频率可以从6kHz～200kHz(SICMOSFET可以对应MHz的开关频率)，在如此宽的频率变化范围，变压器对功率传递的效率会有很大的变化，造成的结果是在被动传输的条件下，输出驱动电压会有很大的波动。这对现阶段的SiC MOSFET的非常敏感的Gate驱动电压范围是非常致命的。

　　而磁耦驱动通过独立的信号传输及可控制的功率传输，避免了功率转换设备在不同频率下的效率波动。适用于高频率的能量转换。

　　同时，针对于新的SICMOSFET应用，ROHM设计的磁耦输出电压从原来的最大输出电压+20V提高到+30V。SiC MOSFET要求Gate驱动电压接近20V。而SI工艺的SI或IGBT驱动电压仅要求大于12V。

　　TI将增强型隔离器效率提升80%

　　隔离器经历了三代发展。第一代通常是光耦隔离，用变压器进行AC-AC隔离;第二代是数字型隔离器：既可以用来做电源隔离，也可以做信号隔离;最新的第三代是增强型隔离器，它相对于前一代产品做了一个基本绝缘，例如，基本绝缘的隔离电压等级是3000V，增强型要做到6000V以上，甚至10000V浪涌的电压。

　　从信号隔离到电源隔离是一个集成的解决方案。这样可以减少BOM(物料清单)和PCB(印制板)的尺寸;同时，集成在一个器件中，更容易进行系统认证，器件的减少也会带来系统的稳定性。

　　TI推出的ISOW7841是一款具有集成电源的新型单芯片增强型隔离器，兼具更低辐射和更高转换效率。该隔离器采用电容隔离技术，可以更好地做到更高的绝缘隔离电压，传输的效率也是可以做到更高;采用展频的技术，把整个频谱进行扩展，将其变成一个平台型，整体往下平移，从而可以做到10DB的优势，提供更低的EMI(电磁干扰)对外辐射能力。

　　Linear的μModule隔离器

　　Linear的μModule隔离器适合各种严苛的信号环境以及多种隔离接口，诸如RS485、SPI、MOS开关、USB、I2C、RS232、CAN等。

　　μModule的特点是隔离度高，可达到7500VRMS的隔离度，ESD防护能力强，有高达25kV的ESD坚固防护接口引脚，可承受大于30kV/μs的高共模瞬变，且有低EMI——低于CISPR 22 Class B的限值。

　　在上海慕尼黑展会上，Linear有展示隔离效果的demo(展示)，首先通过μModule一体化隔离式Anyside开关控制器LTM9100。在其电路周边会产生很强的噪声，例如一直有开关在切换的动作，表示电压时有时无，会产生很大的噪声。并在原副边加了240V的电压(注：可见电路板上面部分中，一些小灯泡在闪烁小火苗)。此时，数据经过LTM2889(CAN隔离器)、LTM2881(RS485隔离器)、LTM2887(RS232隔离器)、LTM2887(I2C隔离器)等，最终进达LCD显示。可见显示屏依然顺利地实现了操作。这说明数据可以在强噪声环境里依然可以可靠地传输，误码率极低，没有丢包或误码现象。

　　参考文献：

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　　本文来源于《电子产品世界》2017年第4期第12页，欢迎您写论文时引用，并注明出处。