作者：英飛凌工業半導體
經過連續三天，每天三小時的直播，2022 IPAC英飛凌工業功率技術應用大會昨晚成功收官。昨晚的主題是英飛凌針對儲能變流器設計特點的全新解決方案，和三電平系統設計與功率器件選型。粉絲依舊熱情不減，毫不留情地向我們的工程師甩出了100多個問題，儘管波老師儘量延長了問答時間，但仍無法一一回答，這裡先說一聲抱歉。感謝大家對英飛凌、對IPAC的關注和支持，我們會持續推出更多更好的內容，包括IPAC視頻回放、問答精選等，都會在公眾號上陸續刊出。大家如果有其他的問題和建議，也歡迎留言我們互動呀。
這裡我們精選了關於儲能和三電平大家最關心的一些問題，建議收藏複習~
提問 解答
Qustions Answers
Ⓠ IGBT結溫波動一般控制在多大範圍內不影響壽命。
王恆：IGBT第四代、第五代、第七代壽命已經非常高了，如果你的結溫波動在20度之內，一般這個問題都不大，都可以忽略的。如果到30度這個級別就要重點考慮了，如果到40度PC能力會成為工作壽命的限制。但是大家不要擔心，只有在一些特定的低頻工作場合，幾赫茲的交流頻率下才會遇到這個問題。目前只有風電對這個問題要求比較高的，英飛凌針對風電特殊需求開發了基於.XT技術的PrimePack模塊， PC能力大概是普通模塊的10倍以上
孫輝波：結溫波動越大壽命越短，我建議是這樣的，咱們系統性的學習一下IGBT壽命的評估方法，要是不想學習的話，咱們就充點值，只要成為充值會員以後就有壽命計算的功能了。
⭐⭐（小編按：IGBT的功率循環壽命是可以通過結溫變化幅度來計算的，英飛凌提供各類產品的功率循環壽命曲線，下列參考文章可以幫您更深入地理解這個問題：
另外，波老師提到的充值玩法，是指英飛凌最新推出的在線壽命計算服務，詳情請參考功率半導體壽命評估服務上線了！）
Ⓠ 200kW的儲能ACDC使用分拆模塊，還是兩個模塊並聯方案
趙振波：感謝這位網友提出這個專業問題，我做一些分析和看法。這是目前兩種NPC1模塊的兩種主要方案。模塊分拆結構布局是按照NPC1開關換流路徑來設計，單個模塊內部來實現電流換流，需要額外多餘器件二極體來實現，模塊內部DCB空間利用率不高，電流密度也會收到限制，但內管長換流路徑電壓應力會相對小些。單個模塊NPC1來並聯實現話，從應用層面功率擴容也容易，可以直接並聯，取消外圍交錯電感，靈活度比較高。從器件看有效利用DCB襯底面積，電流密度相對比較高， 像我們1200V 225A H3，產品性價比也會高。另外，NPC1模塊並聯方案正負輸出電流都在一個模塊內部完成，模塊溫度波動會小些，且內管長換流路徑電壓應力也在合理安全範圍內。
Ⓠ 大功率光伏逆變器用傳統的NPC1是否就可以了，純逆變工況影響大不大。
王恆：簡單來講，目前整個大功率光伏還是用NPC1的多，電路上比較簡單，驅動控制和以前是沒有區別的。但在內管T5/T6上花了這個硬體成本卻屏蔽不用，就我個人而言，是比較不推薦這種用法的。大家需要注意的是，如果你用NPC1拓撲，為了滿足了一些特殊工況比如低穿，需要在長換流迴路下調配驅動參數，這時必須把Rg設計得足夠大，才能滿足電氣設計的安全性。反過來就是說，雖然器件開關安全了，但正常工況下損耗高，系統效率也會受到影響，這是NPC1拓撲不可避免的問題。
如果採用ANPC控制，就可以把換流路徑固定下來都是小路徑，這樣便於匹配最佳的開關參數，整體效率上也得到更好的提升。即在保持同樣的IGBT模塊配置下，ANPC的效率會更高，散熱也好做，這樣的話優勢還是蠻大的。因此即使用於光伏逆變器的純逆變運行，也推薦用ANPC的控制方式。
Ⓠ 三電平1140V風電變流器推薦用哪個拓撲結構，控制策略。
王恆：這個是比較火的，絕大多數都用到了半橋模塊來設計，風電有兩個環節，一個是整流一個是逆變。在整流情況下，你不得不考慮相關器件工作在一個不太好的環境下，需要怎麼去解決他的相關問題。而如果你採用ANPC控制的話可以優化換流路徑，在硬體設計上他的性能表現會更好。如果選用ANPC的話，說到控制策略前面也介紹了，不同的策略對效率、結溫都有影響。對於高功率密度、高性價比的變流器來講，要把每一個器件的價值發揮到最大，這樣也可以把整個變流器的性價比做到更高，可以考慮一下DPWM來降低器件損耗，這樣的話未來可能會是一個研發方向。
趙振波：我想補充一點，在風電大家比較關注壽命問題，機側輸出頻率很低，只有幾Hz，結溫波動比較大，如果採用ANPC的話，採用零矢量雙換流分量的話，可以降低結溫波動，提升系統產品壽命。
Ⓠ 儲能的雙向特性，比普通電路的器件數量會多一倍。
趙振波：從器件數量本身來說並沒有增加太多，雙向全功率可能需要二極體額定電流會大一些。通常，模塊IGBT和FWD是按照逆變狀態去設計的，配比相對比例不一樣。有整流狀態需要話同樣封裝裡面，要增加二極體面積，調整二者比例來滿足整流時最大運行結溫要求。
孫輝波：器件本身就是一個逆變的變流器，又可以整流又可以逆變，你需要整流的二極體有足夠的能力，數量不會多一倍。未來有沒有可能發展出更多的電平，四電平者五電平。
王恆：現在這個行業研究來看，確實有四電平、五電平的結構，但是作為一個工業行業應用的話，肯定要在拓撲結構，適用性、可靠性、性能之間取得一個平衡，三電平在大多數情況下，表現已經足夠好了，搭載性能和可靠性之間，有一個比較好的平衡。四電平和五電平就我目前所看也有，未來來講可能這個電平數會往多去走，也可能是簡化，取決於功率電子器件的發展，有了更高電壓，開關速度更快，我們是可以簡化的。未來可以說充滿了不確定性，具體往哪個方向走不太好說。
Ⓠ 三電平的控制挺複雜，但從硬體上內外管的參數有什麼區別？
王恆：雖然說三電平邏輯控制更複雜一些，但是設計出來的變流器性能會更好，即我們需要在優勢和缺點之間做一個比較好的權衡。三電平在很多應用里目前算是一個主流設計趨勢，如果再去設計兩電平的系統，那麼產品競爭力是不足的，所以很多情況下選用三電平，大家也是迫不得已而為之。關於參數上有什麼不同，這個的話需要根據內外管的選型，或者內外管的驅動參數匹配上面是有不同要求的，需要根據具體拓撲和控制來考慮。三電平硬體設計需求是很多元化的，可以制定了相關測試流程來進行確認，具體可以看一下更詳細的介紹。
孫輝波：主要看內外管哪個是快管，哪個是慢管。
趙振波：傳統的NPC2也是兩電平控制模式，從控制算法上不是太複雜，看外管和那個內管的二極體換流來做特性匹配，可以有效降低我們主管的開通損耗。
Ⓠ 請問62mm模塊做1500V系統200kW儲能怎麼樣，開關頻率8K赫茲。
李國虓：我來從市場的各客戶應用方案來看，很少在這個工藝等級用62mm的功率產品，因為62mm可以發揮更大的效率，做500kW或者更高的這種等級，62mm本身是相對來說比較大的了，做200kW這種有點大材小用了，放在晶片可能損耗更大一點。
孫輝波：成本沒有優勢是吧，用62毫米的。
李國虓：對。
Ⓠ 200kW等級可以用一個器件搞定嗎？
李國虓：這個其實也是我們在思考的問題，在介紹並聯方案的時候也想補充這一點，並聯肯定有他的優勢，靈活性可以覆蓋更多的等級。當我們看到市場的需求越來越集中，相應的看他不需要並聯，能夠用更少的器件滿足客戶要求，可以肯定的回答，這個是我們下一步努力的一個方向。
趙振波：我補充一下，我們之前因為晶片的技術是基於1200V 75A H3快速晶片，因為晶片面積比較大，可能做的模塊電流密度只能到225A，如果下一代H7快速晶片出來，最大電流可以到140A，單個模塊就有可能實現200kW功率需要。當然，電路拓撲NPC1和ANPC也會影響模塊額定電流定義。
Ⓠ 三電平與兩電平相比效率會提升嗎？
王恆：三電平和兩電平相比，效率提升有一定的前提條件，即基於特定的開關頻率。比如說非常低的開關頻率下，兩電平的效率會好，但在我們實際應用系統里很少用得到。大多數情況下我們追求的是較高的開關頻率下的高效率，在這樣的工況下，三電平是要比兩電平好的。
Ⓠ 戶用儲能為什麼在DAB後加一個buckboost，這樣不會有成本壓力嗎？
趙振波：這個可能要看DAB轉換效率和增益比設計問題，過高增益比會引起寄生參數偏大，如果說你電壓滿足要求，當然是可以不選擇buck/boost來進行二次電壓轉換。通常情況下還是需要去做兩級轉換，尤其是電池比較低的，存在充放電過程會引起電壓波動。
孫輝波：電池他是滿電，電壓幅度有很大的區別，還是要靠後面的來考量。會不會有成本壓力，要先把功能滿足再考慮成本的。
Ⓠ 模塊直接並聯的話，怎麼提高動態效果，這個直接並聯的問題，不是靜態的。
趙振波：這個問題在傳統的兩電平並聯里有很多的思路和方法，在三電平里有點類似的。在設計上面，三電平上還是有一定的挑戰的，要去達到一個比較好均流狀態，主要源於NPC1複雜換流路徑和多個主開關管。從動態上看，肯定是從一個布局上要對稱，優先要滿足這個指標的，其他的要從驅動器上面選低延時產品，像無核變壓器CLT技術的驅動IC。剛才舉到的F3L225的方案，實現我們動態並聯需要，這些都是需要輔助改善驅動並聯的效果。
孫輝波：怎麼讓並聯變好，就是那幾個老生常談的方法，叫對稱驅動的一致性要好，然後是不能有換流。我們會做一些參考設計，讓大家方便用起來。
Ⓠ 沒有短路能力的管子是用在哪些場景。
王恆：如果要用器件短路能力的話，必須要在器件設計上做折衷處理，即器件的開關損耗要更大。如果選有短路能力器件的話，那麼器件的損耗肯定要增加。在一些極端追求效率的應用，比如說有一些光伏系統，它對效率追求非常高，為了滿足效率的要求，就需要把這些器件的短路能力設計的比較弱，這樣來降低損耗。但這個器件選型還要看具體應用的需求。關於器件的短路能力，英飛凌有很多產品系列，有些是有的，有些是沒有的，給大家提供比較多樣化的選擇。
Ⓠ 兆瓦級的1100V的直流用ANPC還是NPC2，哪種方案更好。
王恆：如果是1100V直流是最大電壓的話，這個時候我是推薦用T型三電平做兆瓦級的方案好一點，內管用共射級1200V模塊/外管用1700V半橋，這是相關IGBT模塊的最佳工作點，整體的成本或者性能來講會是比較好一點。如果電壓再高的話，超出1700V器件的工作範圍，比如1400Vdc甚至1500Vdc的直流電壓，這時候兩種選擇，一種是用2300V的器件做一個豎管才可以，或者用1200V做I型三電平，這樣才可以匹配器件的實際性能。但這兩個方案優缺點都很明顯，大家在選擇的時候，根據實際情況來進行選擇，其他I型三電平設計限制會更多，更複雜一些。
Ⓠ 1500V 250kW ANPC電路，線路怎麼敲定好一點。
李國虓：首先這個功率等級250kW，目前看市場上的需求確實比較少，一直夾在中間，200kW比較多，然後再到下一個等級300kW，現在可能需要用一些標準的器件去實現，可能會造成浪費空間或換流迴路比較長的情況，這個需要綜合來看了。
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