引言
隨著“3060”碳中和目標的提出，一時間光伏發電行業引起了社會的廣泛關注。光伏逆變器是光伏發電中至關重要的設備，承擔著電池板功率控制（MPPT）以及直流交流轉換（DC/AC）的重任。每一臺光伏逆變器，都有一套或者兩套輔助電源默默的“點亮”控制和驅動電路。對于幾十kW以下的戶用單相機或者小三相機，一般一套幾十瓦的輔助電源就可以滿足要求。而對于最近比較火爆的用于1500V地面電站的200kW plus的組串式逆變器，則需要兩套150W~200W的輔助電源，一套位于直流側承擔著主要的供電任務，一套位于交流測擔負著PID修復以及后備供電任務。輔助電源在光伏逆變器中默默的工作，低調的存在，但是卻不可或缺。下面我們就一起來揭開光伏輔助電源的神秘面紗。
一、輔助電源拓撲結構
一般來說1100Vdc的組串式逆變器的輔助電源會采用單端反激的拓撲，如圖1所示：
圖1.應用于1100Vdc光伏逆變器的輔助電源拓撲
對于1500Vdc的組串式逆變器，由于現有功率器件電壓等級的限制，光伏的輔助電源比較多采用的拓撲是雙端反激拓撲。如圖2所示：
圖2.應用于1500Vdc光伏逆變器的輔助電源拓撲
無論那種拓撲都離不開核心的功率器件，即1700V MOSFET。眾所周知，組串式逆變器的輔助電源對體積、效率、成本都有著很高的要求。因此功率器件的選型就成了關鍵。
二、英飛凌1700V SiC MOSFET在光伏輔助電源中的應用優勢
如圖3所示，三種不同MOSFET的輔助電源效率與輸入電壓的關系曲線。可以看到，SiC MOSFET的效率會比Si MOSFET高2.5%以上。更高的效率同時也意味著更少的散熱上的投入，更小的體積。另外，SiC器件可以工作到更高的開關頻率，更高的開關頻率可以進一步降低無源器件的尺寸。鑒于目前光伏輔助電源的開關頻率都在60kHz以上，采用1700V的SiC MOSFET就成了不二的選擇。
圖3.1700V SiC MOS與Si MOS的效率對比
英飛凌推出的1700V 450mΩ/650mΩ/1000mΩ的CoolSiC? MOSFET系列可以滿足客戶不同功率段的應用要求（詳細產品信息可點擊：新品 | 采用D2PAK-7L封裝的1700V CoolSiC? MOSFET，輔助電源的理想搭檔）。該產品采用經典的D2PAK-7L封裝，實物如圖4所示。
圖4.英飛凌1700V CoolSiC? MOSFET實物圖
作為一款輔助電源應用的主推產品，其主要的優勢如下：
1.更高的電氣間隙和爬電距離
D2PAK-7L封裝電氣間隙和爬電距離為7.1mm，如圖5所示。根據IEC60664-4標準，如圖6所示7.1mm的電氣間隙可以滿足>1800V的峰值電壓的要求。而傳統的TO247封裝只能滿足~1400V峰值電壓的要求。
圖5.D2PAK-7L封裝與傳統TO247封裝爬電距離對比
圖6.IEC60664-4的電氣間隙要求
2.可以直接通過控制器來驅動，省掉了驅動電路
圖7所示，IMBF170R1K0M1的推薦門級驅動正電壓為12~15V，負電壓為0V。更重要的是該產品的門級電荷非常小，Qg僅為5nF，對控制芯片的帶載能力的要求很低。另外，12~15V的電壓也在控制芯片I/O口的輸出范圍之內，因此可以采用控制芯片的I/O口直接進行驅動。現在市場上主流的控制芯片的都可以滿足該要求。
圖7.IMBF170R1K0M1的推薦門極驅動電壓
3.貼片封裝，緊湊設計，提高生產安裝效率
經典的D2PAK-7L貼片封裝，支持回流焊。普通的TO247封裝，作為一種直插的封裝，還需要多一次波峰焊。另外，TO247封裝需要涂抹導熱硅脂，需要絕緣墊片以及散熱器。相對于PCB散熱，其安裝方式較為復雜，成本也較高。最后，由于貼片封裝尺寸較小，節約了寶貴的PCB的空間。尤其適用于一些對電路板的高度有嚴格要求的場景。
三、應用建議，散熱的處理
說到這里，很多小伙伴內心深處不禁想問：如此緊湊的封裝，芯片的散熱是不是很難處理？其實不然，首先貼片封裝直接通過焊接的方式焊在PCB銅箔上,其結到殼(Junction-Case)的熱阻是與TO247類似的。而且相對于導熱硅脂，焊接的導熱效果更好。貼片封裝的問題主要在如何將PCB銅箔上的熱量有效的擴散出去。目前基于貼片封裝的輔助散熱技術已經非常成熟了。對于功率不大的小功率輔助電源，我們可以直接采用銅箔打過孔，并且表面敷鋁的方式進行散熱，見圖8(a)。對于功率較大的應用場合，我們可以采用散熱器輔助散熱的方式，見圖8(b)。總之，一個好的貼片封裝的散熱設計，其效果不輸于傳統的TO247封裝。
退一步來說，如果損耗實在太大不好處理，我們還有1700V 450mΩ/650mΩ的產品可以選擇。在封裝上它們與1000mΩ的MOSFET完全兼容，并且具有更低的損耗和更低的熱阻。
圖8.D2PAK-7L的散熱設計
最后說一下：基于該產品，英飛凌還有一個開發套件可供設計參考。可以點擊文末“閱讀原文”，即可打開鏈接下載開發套件的技術資料。
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