工程师研发日记：光伏逆变器可靠性设计

急剧的，且设备设计较I 级降额易于实现。II 级降额适用于设备的失效会使工作水平降级或需支付不合理的维修费用等场合。

III 级降额指元器件在该范围内降额时设备的可靠性增长效益最大，且在设备设计上实现困难最小，它适用于设备的失效对工作任务的完成影响小，不危及工作任务的完成或可迅速修复的情况。

降额应注意的问题

1）有些元器件的负荷应力是不能降额或者对最大降额有限制的，如电子管的灯丝电压、继电器线包的吸合电流是不能降额的，否则电子管的寿命要降低；

2）有些元器件降额到一定程度时却得不到预期的降额效果。如薄膜电阻器的功率减额到10%以下时，一般二极管的反向电压减额到最大反向电压的60%以下时，失效率将不再下降；

3）有些类型电容器的降额可能发生低电平失效，即当电容器两端电压过低时呈现开路失效，也就是说，降额不但不能使失效率下降，反而会使失效率增高。

降额系数的选择大部分是依靠试验数据和根据元器件使用的环境因子来确定。确定降额系数的方法如下：

1）数学模型及基本失效率与温度、降额系数之间的关系曲线；

2）减额曲线给出了为保证元器件可靠工作所选择的降额系数与温度之间的函数关系，当在该减额曲线上工作的半导体结温达到其最高结温时，其失效率仍然较高；

3）应用减额图，即在减额曲线的下方，通过试验找到一条半导体结温较低的减额曲线；

4）各种元器件的减额因子参见国家标准。

功率开关管驱动电路设计

IGBT驱动电路的作用是将DSP发出的控制信号加以隔离并放大， 以驱动IGBT等功率器件，并检测电路的电压，防止因电路过压， 短路而造成IGBT损坏，因此驱动电路应满足以下要求：

（1）为了减少器件的损耗，驱动电路应保证器件充分导通和可靠关断。 驱动电路与IGBT的连线要尽量短。

（2）保障驱动电路和主回路的电气隔离，由于主回路是高电压， 驱动控制电路是低电压，所以要求驱动信号与主回路无电气耦合。

（3）具有抗干扰能力，防止开关器件在各种外界干扰下的出现误动作， 影响逆变器总的发电量，保证器件的高可靠的工作。

（4）具有可靠的保护能力，当主回路或驱动控制电路出现故障时 (如主电路过电流、过电压和驱动电路欠电压）， 驱动电路应迅速封锁IGBT的PWM信号，关断器件。 主要的保护功能有：过流检测及保护，欠压检测及保护， 温度检测及保护。

IGBT驱动电路按功能可分三种类型：单功能型、多功能型、全功能型。

（1）单功能型驱动电路是由功率缓冲器和光耦构成，如HCLP-3150，

（2）多功能型的大功率IGBT驱动保护电路，如HCPL-316J、 M57962， VLA500-01等。

直流母线电容设计

太阳能组件输出的连续的直流电流，逆变桥采用高频PWM控制，输出的是高频脉冲电流，因此在逆变桥和太阳能组件之间，需要一个直流支撑电容，主要有以下几个作用：

（1）和太阳能组件一起提供逆变器输入电流；

（2）降低谐波电流进入电网；

（3）当机器在紧急情况下急停时，能吸收功率开关器件关断下能量；

（4）在特殊工况下，能提供瞬时峰值功率；

（5）当逆变器受到电网瞬时峰值冲击，能保护逆变器。

母线电容设计选型，要考虑的以下主要因素：电容器的额定电压、电容器容量、电容器的纹波电流、电容器的安装散热方式，电容器的温升和寿命等等

1）从纹波电流考虑，母线电容中的纹波电流一般取流过IGBT电流的0.65倍。所有电容的纹波电流之各要大于此值。

2）从能量的转换考虑，一般要使电容组能提供0.5个周期的能量。

3) 电容的电压要大于电流最高电压

选择IGBT时需要考虑额定电压和额定电流是否在允许的范围内：

耐电压要求：IGBT在开通和关断时，会在产生尖峰电压，这个电压要低于器件的耐压值，否则器件将因电压过高击穿而损坏；本逆变器输入电压范围是450VDC到820VDC，关断时的峰值电压为： UCESP (820×1.1+50)×α=1047V

式中，IGBT的CE两端承受的最高电压是820V，1.1为IGBT电压保护系数，α为安全系数，一般取1.1，50为L×(di/dt)引起的尖峰电压。令UCES≥UCESP，并向上靠拢IGBT的实际电压等级，取UCES=1200V。

安全电流：IGBT工作过程中，峰值电流必须小于IGBT的额定电流；