逆变器测试方案

heric拓扑的优势,为什么单项光伏逆变器通常选用heric拓扑?

非隔离型单相并网逆变器在小功率光伏发电系统中广泛应用，因其体积小、效率高等特点。然而，在并网系统中，由于缺少变压器，光伏电池板与电网间存在多处分布电容，功率器件在高频开关时会导致共模电流的产生。为了保障人员和设备安全，必须对地漏电流进行有效抑制。针对此问题，常见的优化策略有两种：一是采用H桥拓扑并结合双极性PWM调制，可以有效抑制共模电流，但存在开关损耗较大及输出电压幅值跳变的问题；二是提出H5、H6等改进型拓扑，分别在效率与共模电流抑制之间寻求平衡，但它们在成本或效率上存在局限。Heribert Schmidt等学者提出了一种新颖的拓扑结构，即Heric拓扑，仅需增加两个功率器件，即可实现输出共模电压的相对稳定，同时提高整体效率，从而被广泛应用在单相并网逆变器中。

Heric电路通过增加T5/D5与T6/D6两个功率器件，滤波电感在续流过程中提供了双向电流通路，从而控制输出共模电压相对稳定。这种拓扑结构下，功率因数为1时，T5与T6在工频下进行开关操作，正半周期T1与T4进行高频开关，关断时通过T6与D5进行续流，负半周期则同理。T2、T3与T5、D6进行换流，保证逆变器AC端口的共模电压输出相对稳定，基本维持在VDC/2。

在Heric电路需要向电网注入无功电流时，T5、T6则需要在输出电压电流反向区间内分别进行高频开关，以适应输出滞后无功电流的情形。例如，当输出电压V大于0而电流I小于0（规定电流流出H桥为正）时，T1-T4均关断，T5导通，电感电流通过T5与D6进行续流，T5关断时电感电流通过D1与D4流通。同样地，当输出电压V小于0而电流I大于0时，T6、D5与D2、D3进行换流。

在单相户用光伏逆变器的应用中，追求小体积和低噪音是产品设计的关键目标之一，这不仅降低了设备的安装要求，也为用户在运行期间提供了更加宁静的环境。因此，较高的开关频率是功率半导体器件的重要需求之一，而更高的效率和更好的可靠性则是产品设计中不可或缺的特性，有助于为客户提供长期稳定的经济效益。在单相光伏应用中，电网电压通常为220/230VAC，逆变器的母线电压在350-400VDC左右，因此，适合应用高效高速的650V IGBT，以满足这些场景中的需求。

英飞凌新一代650V TRENCHSTOP™ IGBT7 H7产品采用最新的微沟槽栅技术，相比前代产品整体损耗可减少39%，同时配备新一代全电流的发射极控制EC7续流二极管，具有更好的EMI表现。此外，该器件还具备出色的防潮性能，可在恶劣环境中可靠运行，且已通过JEDEC 47/20/22的相关测试，特别是HV-H3TRB测试，符合工业应用标准，非常适合户外应用的户用单相光储逆变器。

对于5kW、8kW至10kW功率等级的Heric单相光伏逆变器，可选用相应的IKWH40N65EH7和IKWH75N65EH7产品，DC-AC级转换效率均可达到98.5%，而T5/T6、D5/D6的损耗较小。在成本优化方面，根据具体需求考虑选择合适大小的器件。此外，英飞凌还提供了一站式的解决方案，包括驱动IC（如EiceDRIVER™ X3 Compact、2EDi family双通道隔离驱动系列）、微控制器产品（如XMC™、PSoC™系列）、以及用于测量和控制的XENSIV™系列电流传感器和AIROC™系列蓝牙wifi产品，以满足不同应用需求。

在实际应用中，如何确定IGBT器件外部栅极电阻的取值？

深入解析：如何在实际应用中精准选择IGBT外部栅极电阻

在IGBT的实际运用中，栅极电阻的精确选取对于器件的开关特性与损耗控制至关重要。英飞凌专家高铭在工业半导体微信公众号分享了这一关键知识点。

首先，如图1所示的开关损耗测试，栅极电阻Rgon/Rgoff的选取需遵循数据手册中的指导，比如Rgon的选取应确保在室温和低电流条件下稳定，避免器件震荡。这个值不仅决定了IGBT的开关速度，还影响了驱动电路的功率损耗、电磁干扰抑制以及防止栅极振荡等关键因素。

图1：开关损耗测试条件示例

为了优化IGBT的开关性能，通常采用独立的开通和关断栅极电阻，如图2所示，通过快恢复二极管串联在关断回路中，确保关断电阻小于开通电阻，以适应不同功率器件的延迟需求，特别是考虑到关断时长往往长于开通。

图2：独立的开通和关断栅极电阻配置

然而，栅极电阻的大小并非一成不变。过大的关断电阻可能导致在IGBT关断过程中，由于dv/dt和密勒电容Cgc的影响，如图3所示，栅极电压被抬高，可能导致器件寄生开通，影响系统可靠性。反之，过小的电阻可能导致关断时di/dt过高，造成Vce电压尖峰，增加器件受损风险。因此，设计师必须在开关速度和系统稳定性之间进行巧妙权衡。

图3：寄生开通风险与栅极电阻的关系

IGBT数据手册中，图4展示了在特定测试条件下，栅极电阻与开关损耗的关系曲线，为设计提供了参考。但为了确保选择的电阻值适用于实际应用，最终还需通过实验验证来确认。

图4：开关损耗与栅极电阻的关系曲线

对于更深入的栅极电阻选型策略，可参考英飞凌的AN2015-06应用指南，以及知乎文章《IGBT驱动电流行为综述》和《IGBT驱动电流及驱动功率的计算》。英飞凌凭借其强大的IGBT产品系列，针对不同应用场景提供了定制化解决方案，确保器件在特定条件下的最佳性能。

图5：IGBT单管和模块的应用领域

从裸片IGBT到封装单管和模块，英飞凌的产品线涵盖了从硅基IGBT芯片、模块集成、功率集成模块到大功率组件，涵盖了广泛的电力电子应用，如通用逆变器、太阳能逆变器、UPS等。特别是单管IGBT，以其高电流密度和低功耗特性，显著提升了能效和系统成本效益。

图6：英飞凌提供的IGBT产品线

英飞凌还提供了丰富的在线教育资源，通过11节IGBT系列网课，帮助用户深入了解IGBT的各个方面。点击获取这些宝贵资料，深入探索IGBT技术的世界。

图7：IGBT系列网课

要想了解更多详情，访问英飞凌官网IGBT-绝缘栅双极晶体管-英飞凌(Infineon)官网，获取最全面的产品信息和服务。如果您有特定需求或想进一步咨询，可通过填写客户信息登记表与我们联系。

图8：英飞凌官网入口

深入了解IGBT，让我们携手英飞凌，共同提升电力电子设备的性能与效率。

Easygo实时仿真丨光伏逆变器在环测试解决方案

一、光伏行业的蓬勃发展与挑战 在应对全球气候变化和能源安全挑战的需求推动下，太阳能光伏行业正迎来其快速发展的新时期。特别是在新兴市场，光伏发电已成为未来能源竞争的关键领域。得益于规模化生产带来的成本降低和技术创新，如高效电池和薄膜技术的应用，光伏系统的性能和经济性得到了显著提升。

二、光伏逆变器在环测试：关键环节 光伏逆变器作为光伏系统与电网之间的关键转换设备，其性能的稳定性和可靠性至关重要。在环测试是确保光伏逆变器满足入网要求的关键环节，它涵盖了以下几个方面：

并网性能检测：评估逆变器对电网状态的准确感知和同步能力，确保稳定、清洁地注入电能。

电气参数测试：检查逆变器的电流、电压、频率、功率因数等参数是否符合电网标准。

动态响应评估：测试逆变器对电网动态变化的快速响应和故障恢复能力。

安全性评价：包括接地保护和绝缘性能的测试，确保逆变器的安全使用。

电网保护功能测试：验证逆变器过电压、过频、过流保护以及在故障情况下的断开机制。

三、EasyGo的创新解决方案：基于半实物仿真的测试平台 EasyGo提供的实时仿真解决方案，例如采用CPU+FPGA的HIL硬件在环仿真器，为工程师们提供了强大的测试工具。这些工具的应用包括：

研究并测试不同拓扑结构的光伏变流器，确保其稳定性和可靠性。

模拟分布式能源接入电网时的电能质量，验证新型控制算法的效果。

利用PXIBox 5442将关键电路模型部署在FPGA上，实现高效的仿真和实时控制测试。

四、基于EasyGo的实时仿真测试内容 EasyGo的实时仿真平台不仅执行包括频率扰动、电压穿越、孤岛效应预防等标准的入网测试，还关注电能质量指标，如功率因数、谐波、直流分量等。通过这些细致的测试，企业能够有效识别并解决控制器可能存在的问题，确保测试平台的高安全性和高效率。

EasyGo的解决方案为光伏逆变器的可靠运行和光伏系统的优化提供了坚实的技术支持，推动了光伏行业向更高水平的发展。

储能变流器(PCS)测试

储能变流器（PCS）是电化学储能系统的关键组件，它连通电池系统与电网（或负载），实现电能的双向转换。主要功能在于控制电池的充放电过程，并进行交直流转换。在无电网情况下，PCS能直接为交流负载供电。从应用角度，储能变流器大致可分为几类，但具体应用时，会依据特定场景和需求，产生更多细分类型。

在测试项目方面，PCS的测试清单通常包括对性能、稳定性、安全性和效率的全面评估。针对不同应用场景，测试内容可能有所不同，但核心目的是确保PCS能够满足电力系统的运行要求。

针对储能逆变器的测试方案，ITECH设备提供了一套高功率密度、双向设计的测试解决方案，非常适合大功率及能量双向流动的测试需求。其强大的波形编辑和高精度量测功能，使用户能够轻松执行各类并网法规测试，如孤岛测试、电压跌落恢复测试、频率扰动、相位角跳变测试等。与传统方案相比，这种方法不仅降低了测试成本，而且提高了测试效率。

如何通过热敏电阻计算IGBT的结温？

在设计逆变器时，工程师面临的关键问题之一是如何通过热敏电阻（NTC）计算IGBT的实际结温，从而确保设备安全可靠运行。NTC通常位于陶瓷基板（DBC）上，用于温度检测。然而，仅仅检测到NTC的温度并不能直接获得IGBT真实的结温，因为两者之间存在温差，且这个温差会因IGBT所处的不同工作状态和环境而变化。

准确测量IGBT结温对于逆变器的过温保护、性能优化和寿命预测至关重要。过温保护需要合理设置NTC温度保护点，以避免IGBT过热损坏。在性能优化方面，通过准确计算结温，工程师能够灵活调整最大电流工作点，实现更优的输出性能。寿命预测同样依赖于准确的结温计算，特别是在负载快速变化的应用场景中。

测量IGBT结温的方法主要有两种：在芯片表面贴热电偶和使用红外热成像仪。贴热电偶方法尽管直接，但存在5-15°C的测量误差，且需要做好电位隔离以防人员伤亡和测试仪器损坏。红外热成像仪则提供了更准确的温度测量，但不适用于芯片上方有母排连接的模块。

计算IGBT结温的关键在于确定IGBT芯片和NTC之间的热阻（Rth(j-r)）。由于热阻不仅与位置有关，还受冷却方式、散热器材质、导热硅脂性能、模块布局和IGBT工作状态等多种因素的影响，因此在实际设计中必须结合具体散热方案进行测试。常见的热阻测试方法包括Vce结温测量法，该方法通过在小电流条件下测量集-射极压降Vce与结温的关系，从而推算出实际结温。

在稳态运行情况下，可以采用IGBT单个开关的平均损耗和已知的结-NTC热阻Rth(j-r)来计算结温。然而，对于冲击型负载（如3倍过载1-3秒，堵转1-5秒等），稳态计算方法不再适用，需要考虑动态热阻抗Zth(j-r)来计算动态结温。动态结温的计算更为复杂，需要实时监测各个开关的动态损耗，并结合测量到的热阻抗曲线，以载波频率对应的步长实时计算IGBT的动态结温。

通过上述步骤，工程师能够准确测量和计算IGBT的结温，从而实现逆变器的安全稳定运行，优化性能并延长使用寿命。这一过程不仅涉及到物理原理的理解，还需要对热管理系统有深入的掌握和实践，确保设计出的逆变器在各种工况下都能可靠运行。

德维创（DEWETRON）多功能功率分析仪--光伏&储能测试解决方案

德维创多功能功率分析仪在光伏&储能测试解决方案中，主要通过以下测点进行测试与分析，并展现出显著优势：

测点1：光伏组件 测试参数：按照IEC60904标准，测试光伏组件的直流输出电压和电流，并基于这些原始值计算出功率和电量。 深入测试：连接光照传感器与太阳模拟器，对光伏组件的光谱响应、等效温度等特性进行更深入的测试。

测点2：DC/AC逆变器 测试功能：通过德维创OXYGEN电力分析软件，测试多种电力系统，包括多组多相系统，支持不同的接线方式。 测试参数：以0.04%的高精度计算逆变器的基本性能、故障模拟、可靠性等参数。

测点3：储能测试 测试参数：测试储能及蓄电池系统的充放电特性、充放电量、充放电状态等参数。 附加功能：通过数字IO接口，测试断路器、继电器等开关系统的通断状态，并可读取和存储EMS等设备的测试统计及控制参数。

优势： 灵活的测试界面：支持自定义显示，满足不同测试需求。 多样化的电力测试接线方式：适应多种测试场景，提高测试效率。 多种波形数据标记：便于实验报告的制作和分析。

德维创多功能功率分析仪在光伏&储能测试领域具有广泛的应用案例，包括多个知名企业和研究机构，如TUV、江苏国创检测、华为、比亚迪等，证明了其可靠性和实用性。

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