光伏逆變器是光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心設(shè)備，其主要功能是將光伏發(fā)電系統(tǒng)所發(fā)的直流電轉(zhuǎn)化成交流電，并跟蹤光伏組件陣列的最大輸出功率，將其能量以最小的變換損耗、最佳的電能質(zhì)量用于電器設(shè)備應(yīng)用或饋入電網(wǎng)。

　　圖1、光伏逆變器與光伏電網(wǎng)

　　光伏逆變器分為四大類：集中式、組串式、集散式和微型。其中，集中式逆變器與組串式逆變器為我國光伏逆變器的主流產(chǎn)品，占比分別為45%、42%。

　　圖2、光伏逆變器分類

　　從光伏逆變器的成本構(gòu)成上看，直接材料成本占比非常高，超過80%，可大致分為四個(gè)部分：功率半導(dǎo)體(主要為IGBT)，機(jī)構(gòu)件( 塑膠件、壓鑄件、散熱器、鈑金件等)，輔材(絕緣材料、包材等)，以及其它電子元器件(電容、電感、集成電路等)。

　　圖3、光伏逆變器成本構(gòu)成(圖源：中金)

　　光伏逆變器電子電路部分主要由輸入濾波電路、DC/DC MPPT電路、DC/AC逆變電路、輸出濾波電路、核心控制單元電路組成。以組串型逆變器為例，常用的電子元器件主要有：1、IGBT和MOSFET等功率器件;光伏逆變器的作用是將光伏系統(tǒng)發(fā)的直流電轉(zhuǎn)化為可以上網(wǎng)的交流電，而實(shí)現(xiàn)該功能的核心元件就是功率半導(dǎo)體，比如IGBT、MOSFET等，部分廠商也開始采用GaN和SiC等第三代半導(dǎo)體器件。IGBT和MOSFET功率器件的主要供應(yīng)商有：英飛凌(INFINEON)、富士電機(jī)(FUJI ELECTRIC)、三菱(Mitsubishi)、賽米控(Semikron)、東芝(TOSHIBA)、斯達(dá)半導(dǎo)、中車時(shí)代、揚(yáng)杰、士蘭、比亞迪、宏微、華微電子、新潔能、華潤微、飛虹等。

　　圖4、光伏IGBT產(chǎn)業(yè)鏈

　　2、MCU主控芯片、驅(qū)動(dòng)芯片;MCU主控芯片在逆變器中的作用很大。為了確保逆變器在直流/交流轉(zhuǎn)換時(shí)損失最少，效率最高，需要MCU來保障功率級電壓和電流的準(zhǔn)確采樣，為DC-DC和DC-AC中的電源開關(guān)準(zhǔn)確生成脈寬調(diào)制(PWM)。MCU還需要負(fù)責(zé)逆變電路的過溫、過壓、欠壓等監(jiān)控保護(hù)功能，以及一些智能化的功能，比如與外界通訊、人機(jī)交互、數(shù)據(jù)記錄等。MCU主要供應(yīng)商有恩智浦/飛思卡爾(NXP/Freescale) 、德州儀器(TI)、意法半導(dǎo)體(ST)、微芯(Microchip)、英飛凌(INFINEON)、瑞薩(Renesas)等國外廠商。國內(nèi)的芯片原廠有兆易創(chuàng)新、雅特力、合泰、先楫半導(dǎo)體等。3、電容、電阻、電感、變壓器等磁性元件;電容原廠主要有愛普科斯(EPCOS)、日本尼吉康(Nichicon)、德國威馬(WIMA)、威世/BC元件等，國內(nèi)供應(yīng)商主要有基美(Kemet)、法拉、洛爾法、創(chuàng)格、宸瑞、飛達(dá)、明路、江海和意殼等。電感等磁性元器件原廠有京泉華、可立克和伊戈?duì)?，三者的全球市場份額都分別超過10%。全球逆變器出貨量前二且遙遙領(lǐng)先的華為和陽光電源，其采購總量的6成來自京泉華和伊戈?duì)?。磁性元器件原廠有國巨/普思、TDK、勝美達(dá)、田村、臺(tái)達(dá)、光寶、京泉華、可立克、順絡(luò)電子、銘普光磁、麥捷科技、伊戈?duì)?、永?chuàng)星科技、中富電路、阿圖姆、維勝科技、柔性磁電、格利爾、菲力克斯、云創(chuàng)電子、大忠、慧華電子、利通、鴻華、貝塔、麥新、輝燁、海能達(dá)、普奧、立一、星火電子、中策億特、舜大、裕正、立強(qiáng)、三盛源、達(dá)鑫、經(jīng)緯達(dá)、宜興文達(dá)、恒升、德瓏、安登利、科德電子、聯(lián)泰興、創(chuàng)世富爾、鴻潤恒一、雅瑪西等。4、電流傳感器、直流開關(guān)、AC/DC連接器、散熱器等;電流傳感器的供應(yīng)商主要有萊姆(LEM)、瓦克華(VAC)、村田(Murata)、霍尼韋爾(Honeywell)、埃戈羅(Allegro)等。國內(nèi)原廠主要有錦澄、中旭、世特美、安科瑞等。

　　散熱器的原廠有依必安派特(EBM-PAPST)、建準(zhǔn)(SUNON)、臺(tái)達(dá)(DELTA)、NOCTUA、AVC、美蓓亞(MINEBEA)、尼得科(NIDEC)等。國產(chǎn)散熱器原廠有三巨電機(jī)、賽極、九州風(fēng)神等。

　　5、電路保護(hù)器件。光伏系統(tǒng)防雷器的主要原廠有菲尼克斯(Phoenix Contact)、盾牌(DEHN)、庫柏(Cooper)、西岱爾(CITEL)等。國產(chǎn)原廠有中光、海鵬信、新維等。

　　圖5、光伏逆變器產(chǎn)業(yè)鏈

　　接下來我們以陽光電源的SG125HV為例，分析一下光伏逆變器的元器件組成。

　　帶PWM功能的MCU：德州儀器的TMS320F280230PT Piccolo微控制器。一款高效率50MHz、32位CPU、帶用于控制PWM輸出的10位參考模擬比較器。

　　MCU主控芯片：德州儀器的TMS320F2837雙核DelfinoTM微控制器。一款32位浮點(diǎn)微控制器單元(MCU)，專為先進(jìn)的閉環(huán)控制應(yīng)用、感測和信號(hào)處理而設(shè)計(jì)。

　　FPGA芯片：萊迪思(Lattice)的LCMXO2-2000HC。一款2.5V/3.5V可編程門陣列，具有2112個(gè)查找表(LUT)和79個(gè)I/O。

　　電涌保護(hù)器：Parafoudre型號(hào)為DS50VGPV-1500G/51的器件。一款Ⅱ型(Type 2)、最大1500VDC光伏電涌保護(hù)器。

　　光伏開關(guān)隔離器：伊頓(Eaton)的NZM 2 N2-4-250-S15-DC。一款1500VDC的隔離開關(guān)，用于具有250A額定工作電流的雙極開關(guān)。

　　柵極驅(qū)動(dòng)器：博通/安華高(Broadcom/Avago)的ACNT-H313(2個(gè)用于升壓級)。一款2.5A輸出電流的IGBT柵極驅(qū)動(dòng)光耦，采用15mm展寬SO8封裝。

　　AC開關(guān)：MERZ的ML3-125-E-1851。一款125A額定不間斷電流、45kW開放式急斷開關(guān)。

　　交流EMI濾波器：LST762

　　電流變送器：萊姆(LEM)的LA 200-P。一款200A/3kV絕緣閉環(huán)霍爾效應(yīng)電流變送器。

　　干簧繼電器：Meder Electronic的KT05-1A。一款單刀單擲常開(1 Form A/SPST-NO)、5V線圈電壓、80Ω、1000V開關(guān)電壓觸點(diǎn)干簧繼電器。

　　碳化硅功率器件：科銳(CREE)的C2M1000170D(2顆用于升壓)。一款1700V/5A/1Ω、C2MTM N溝道增強(qiáng)型碳化硅功率MOSFET。

　　光電晶體管：威世(Vishay)的CNY66B(2顆)。一款采用700mil、DIP4封裝的1450Vpk超高隔離電壓光電晶體管。

　　整流器：意法半導(dǎo)體(ST)的STTH6003CW(2顆)。一款300V/2x30A雙高頻二次整流器。

　　直流EMI濾波器。

　　IGBT模塊：英飛凌(Infineon)的F5L200R12N2H3(3相逆變器級3顆)。一款1200V/200A IGBT模塊，具有有源五電平轉(zhuǎn)換電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

　　直流鏈路：法拉(Faratronic)的C3D(4顆)。一款900VDC/40μF扁平直流鏈路(DC-Link)金屬薄膜電容器。

　　電流傳感器：博通(Broadcom)的ACNT-H79A(3顆)。一款±1%增益容差光學(xué)隔離放大器，采用15mm展寬SO8封裝。

　　吸收電容器：法拉(Faratronic)的C3H(6顆)。一款850VDC/3μF IGBT吸收電容。

　　直流鏈路：法拉(Faratronic)的C3N(3顆)。一款600VDC/250μF直流鏈路電容。

　　柵極驅(qū)動(dòng)器：博通(Broadcom)的ACNT-H313(24顆用于3相逆變器級)。一款2.5A輸出電流IGBT柵極驅(qū)動(dòng)光耦，采用15mm展寬SO8封裝。

　　交流濾波器：法拉(Faratronic)的C6A(12顆)。一款440VAC/10μF金屬化聚丙烯薄膜交流濾波電容器。

　　干擾抑制：法拉(Faratronic)的MKP65(6顆)。一款440VAC/1μF金屬化聚丙烯干擾抑制電容器。

　　AC繼電器：松川(Song Chuan)的511XP1-1AH-F-C-12VDC(6顆)。一款常開觸點(diǎn)、一組動(dòng)合(Form 1A SPDM)、690VAC/160A、觸點(diǎn)PCB端子AC繼電器。

　　電流變送器：萊姆(LEM)的LA 200-P(3顆)。一款200A/3kV絕緣，閉環(huán)霍爾效應(yīng)電流變送器。

　　漏電流變送器：萊姆(LEM)的CTSR 1.5-TP/SP18。一款1.5A漏電流變送器，帶電流隔離、置于初級和次級電路之間。

　　第二個(gè)例子是禾邁光伏微型逆變器MI-700。

　　表1、禾邁MI-700光伏微型逆變器部分料

　　第三個(gè)例子是ENPHASE微型逆變器IQ8X。

　　表2、ENPHASE微型逆變器IQ8X部分料

　　由此可見，光伏逆變器需要用到的電子元器件很多，有IGBT和MOSFET等功率器件;MCU主控芯片、驅(qū)動(dòng)芯片;電容、電阻、電感、變壓器等磁性元件;電流傳感器、直流開關(guān)、AC/DC連接器、散熱器等;電路保護(hù)器件。工程師設(shè)計(jì)選型的偏好是阻容感或者電源芯片都采用相同品牌。國產(chǎn)品牌僅在磁性元件和散熱組件有一定滲透率，國產(chǎn)替代任重而道遠(yuǎn)。

　　光伏逆變器的電氣和硬件設(shè)計(jì)，在穩(wěn)定性、可靠性和安全性方面要求會(huì)比商業(yè)級高，相應(yīng)的芯片選型和項(xiàng)目設(shè)計(jì)工作則更難。拍明芯城是快速撮合的元器件交易平臺(tái)，過去數(shù)年已積累了豐富的優(yōu)勢貨源。我們聚焦服務(wù)元器件長尾客戶群，讓每一家芯片原廠或分銷商的每一款芯片，在Design In、Design Win和流通中更高效，幫助工程師的方案選型、試樣及采購，為電子產(chǎn)業(yè)供需略盡綿薄之力。

　　芯片/模塊供需，歡迎常來 syqqgy.com 看看。