不间断电源（UPS）的光伏（PV）逆变器是离散IGBT的的应用之一。该应用程序具有更高的功率因数（PF）操作条件（PF1.0），较小的快速恢复二极管（FRD）可以提供更好的性能。较小的FRD具有较高的反向传导损失，但导致ERR和EON减少。因此，总功率损耗比较大的FRD配置更好。
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离散IGBT
电力电子市场中使用了一系列IGBT产品，尤其是在实施许多离散包装产品的工业电力转换器市场中。几乎所有离散的IGBT产品在同一包装中都有一个共包二极管，以进行反向电流传导。
图1。IGBT 二极管共包设备。图像由Bodo的Power Systems 提供在逆变器应用中，IGBT是强制性的，这需要反向电流传导到电源设备。 IGBT特性对于逆变器电路的效率非常重要，但是共包二极管对于性能和整体设备成本也很重要。
当前离散设备的额定值是多少？
电源设备的电压，电流和温度具有评级。 Renesas对每个参数定义都有专用的应用程序说明。设计工程师是指“ Collector Current IC”和“ If Diode Forward Currand If”单个评分，以找到适合其应用程序的正确设备。但是，实际上，将应用程序中的电流与I C和I F进行比较并不有意义。这些当前评级是由下方公式定义的DC评级。逆变器应用中的实际电流不是直流。
\ [i_ {c} \ frac {（tjmax-tc）} {r_ {th（jc）} \ times v_ {ce（sat）}} \]
等式1。DC 评级定义。
只要连接温度不超过连接温度额定值（T J MAX），并且峰值电流不超过I C（峰值）或I F（峰值）， IGBT和二极管可以比IC ＆ I F额定值更高的电流。
UPS和PV逆变器工作条件
UPS和PV（PV）市场正在迅速增长，因为这两者都导致二氧化碳排放量减少，并且具有需要高压开关解决方案（例如离散IGBTS）的逆变器电路。
在逆变器电路中，IGBT（和二极管）可与PWM栅极控制配合使用。他们的传导职责取决于PF。在图2中，蓝色区域显示IGBT传导税，绿色区域显示二极管义务。如图2所示，在PF = 0条件下，它们具有相同的责任，并且在PF> 0的情况下，IGBT传导面积大于二极管。
在UPS和PV逆变器应用程序中，PF接近+1.0，从未进入PF <0条件。这意味着二极管的正向电压有助于传导损失，对UPS和PV系统的性能影响。另一方面，开关损耗和二极管恢复损失与功率因数（PF）无关，而受开关频率的影响。
图2。IGBT 和二极管传导税的PF依赖性。图像由Bodo的Power Systems [PDF]提供快速恢复二极管中的功率损失VF的传导损失和Q RR的恢复损失是二极管特征中的功率损失因子。他们处于权衡关系中，因此，如果我们设计了专注于低恢复损失的二极管，则会影响向前电压，反之亦然。两种功率损失取决于芯片尺寸。一般而言，较大的芯片具有较低的VF和更高的Q RR。芯片尺寸与IF等级直接相关。
图3。 二极管特性的芯片尺寸依赖性。图像由Bodo的Power Systems 提供Q RR 会影响IGBT的转弯损失。基本的半桥构型如图4所示。高侧二极管在低侧IGBT的转弯之前处于传导状态。然后，恢复电流出现在转元电流波形中，影响转交损耗。
图4。 转式波形恢复会影响转交损失。图像由Bodo的Power Systems 提供这表明对于UPS和PV逆变器，比IGBT较小的共包二极管额定值可能更合适，因为二极管的传导税低于IGBT。较小的二极管可以帮助减少恢复和IGBT转损。
图5。 总功率损失模拟条件和结果。图像由Bodo的Power Systems提供G8H概念研究了Renesas，以确定UPS和PV应用的二极管尺寸。 Renesas根据开关特性的评估模拟了IGBT和二极管的总功率损失。该设备为650 V 50 A类IGBT。用相同的电压类评估了两个不同的共包二极管尺寸，30 A（较小）和50 A（较大）（较大）。这些当前类是指IC和IF评级。
如图5所示，IGBT +较小的二极管配置显示出较小的功率损失，这要归功于恢复损失低和转交损。即使二极管传导损失更高，较小的二极管也可以提高效率2.5％。二极管芯片成本高达20％，可以通过较小的芯片节省，以获得良好的成本和性能均衡的解决方案。
请注意，较小的芯片具有较小的I级额定值和较高的热电阻，但是由于较低的责任，二极管的功率损失足够小（图2）和二极管的T J，其不超过其额定值。基于此结果和应用程序要求，Renesas优化了其IGBT产品系列，如表1所示，在该表1中，副本二极管的电流额定值小于IGBT，以在UPS和PV应用程序中更好地性能。
要点
UPS和PV应用中的逆变器电路在高PF条件下运行。二极管传导税在高PF操作中很低，因此较小的二极管应更好地提高电路效率。通过电力损失模拟确认的肾素。较小的二极管有助于总绩效和成本提高。此外，较小的二极管具有较高的热电阻，但是在高PF操作中，功率损耗足够低，可以保持低于T J Max额定值的连接温度。因此，较小的I级等级二极管可以使用较高的IC等级IGBT工作。
Renesas G8H系列专注于UPS和PV应用。该阵容包括较小的二极管，以提高成本和效率。 Renesas的下一代IGBT离散系列目前正在开发中。 Renesas计划有更大的阵容来支持其他应用程序，例如UPS，PV，EV充电系统，电动机驱动器等，同时键入进一步的性能提高。
