【干貨】逆變器的可靠性設計
來源：湖北特雷斯科技集團有限公司 2018-2-27 13:19:18 4923 次點擊 
無論微型逆變器，組串式逆變器，還是大型光伏并網(wǎng)逆變器，都由半導體模塊組成，包括開關元件和電容元件，這些元件的可靠性決定了光伏逆變器的可靠性。在并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)中，逆變器安裝環(huán)境多樣，可能還要在高溫，高溫、鹽霧環(huán)境中處理很高功率的電流，這些因素都增加了逆變器的失效率和系統(tǒng)的可靠度。
要適應光伏逆變器的現(xiàn)場環(huán)境條件，必須優(yōu)化設計逆變器的拓撲結構，設計合理的電路拓撲結構是影響逆變器可靠度的重要因素。
為了保證橋臂功率開關管不直通，同一橋臂的功率開關管必須設置死區(qū)時間，從而降低電網(wǎng)電流的波形質量。傳統(tǒng)橋式并網(wǎng)逆變器的橋壁直通問題影響了并網(wǎng)逆變器的可靠性，基于滯環(huán)電流控制的雙降壓半橋逆變器，不存在傳統(tǒng)橋式并網(wǎng)逆變器橋臂功率開關管的直通問題，提高了系統(tǒng)可靠性。單相Z源逆變器。該逆變器可實現(xiàn)升降壓變換，且不存在橋臂功率開關管直通問題，但需要2個電感和2個電容來提升輸入電壓。
漏電流也是影響逆變器可靠性的主要因素之一，優(yōu)化電路拓撲結構是解決漏電流問題的主要方法。雙Buck改進型中的三電平雙Buck全橋逆變電路，將漏電流抑制至幾乎可以忽略的程度，使用的有源器件數(shù)量少，通態(tài)電流流經(jīng)器件少，高頻工作器件少;無需均壓控制，同時通過理論計算分析比較，表明了雙Buck改進型中的三電平雙Buck全橋逆變電路具有較高的可靠性。
元器件數(shù)量影響電路可靠性
器件數(shù)量少，意味著更簡潔的結構和控制，出錯幾率小。特別是，相對于有源器件，無源器件具有更高的可靠性。功率模塊集成多個元器件，將多個分立器件集成到一個模塊中，結構緊湊，減少了器件之間連線的寄生阻抗。功率模塊驅動回路與主功率回路從不同的管腳分別引出，減少了IGBT主功率回路對驅動回路的電磁干擾。模塊配置了NTC電阻，可以精準地檢測模塊內部溫度。
元器件可靠性
功率開關是最容易失效的位置，要評估逆變器的可靠度必須對組成逆變器的功率開關的可靠性逆變器系統(tǒng)平均無故障工作時間主要受到開關管可靠性的影響，功率開關管的可靠性是整個系統(tǒng)可靠性能的關鍵，增加逆變器開關元件的可靠性能大大增加逆變器整體的可靠性，因此，選用高質量的功率開關管，減小開關管電應力等方法可以有效提高逆變器的可靠性。
逆變器作為電子產(chǎn)品，電容是最基本的元器件，直流母線支撐電容主要作用是儲能和濾波，要承受很高的脈沖電流和脈沖電壓，是逆變器壽命最短的器件之一，直流母線電容現(xiàn)在有鋁電解電容和薄膜電容兩種，各有優(yōu)勢，電解電容的主要優(yōu)勢是單體容量大，價格低，薄膜電容優(yōu)勢是單體電壓高，還有以下優(yōu)勢：電解電容的壽命一般是2000~3000小時，長壽命的有5000~6000小時，并且容易發(fā)生漏液;薄膜電容壽命一般是100000小時以上。而且薄膜電容還具有自愈效應。電解電容耐壓值一般為500-550V，薄膜電容耐壓值一般為1000-1300V，薄膜電容能承受2倍于額定電壓的浪涌電壓的沖擊，能長期承受反向脈沖電壓。
冗余設計
在系統(tǒng)或設備完成任務起關鍵作用的地方，增加一套以上完成相同功能的功能通道、工作元件或部件，以保證當該部分出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)或設備仍能正常工作，以減少系統(tǒng)或者設備的故障概率，提高系統(tǒng)可靠性。采取冗余措施后，在不改變內部設計的情況下，這套系統(tǒng)的可靠性立即可以大幅度提高。假如單獨系統(tǒng)的故障率為50%，而采取冗余系統(tǒng)后馬上可以將故障率降低到25%。
三防設計
三防設計是指防潮濕、防鹽霧、防霉菌設計。逆變器工作環(huán)境多樣，而潮濕、鹽霧和霉菌會降低材料的絕緣強度，引起漏電、短路，從而導致電子故障和事故。因此，必須采取防止或減少環(huán)境條件對逆變器可靠性的不利影響，以保證逆變器工作中的各項性能，增加產(chǎn)品在惡劣環(huán)境中運行的可靠性。
拓撲結構可靠性
要適應光伏逆變器的現(xiàn)場環(huán)境條件，必須優(yōu)化設計逆變器的拓撲結構，設計合理的電路拓撲結構是影響逆變器可靠度的重要因素。
為了保證橋臂功率開關管不直通，同一橋臂的功率開關管必須設置死區(qū)時間，從而降低電網(wǎng)電流的波形質量。傳統(tǒng)橋式并網(wǎng)逆變器的橋壁直通問題影響了并網(wǎng)逆變器的可靠性，基于滯環(huán)電流控制的雙降壓半橋逆變器，不存在傳統(tǒng)橋式并網(wǎng)逆變器橋臂功率開關管的直通問題，提高了系統(tǒng)可靠性。單相Z源逆變器。該逆變器可實現(xiàn)升降壓變換，且不存在橋臂功率開關管直通問題，但需要2個電感和2個電容來提升輸入電壓。
漏電流也是影響逆變器可靠性的主要因素之一，優(yōu)化電路拓撲結構是解決漏電流問題的主要方法。雙Buck改進型中的三電平雙Buck全橋逆變電路，將漏電流抑制至幾乎可以忽略的程度，使用的有源器件數(shù)量少，通態(tài)電流流經(jīng)器件少，高頻工作器件少;無需均壓控制，同時通過理論計算分析比較，表明了雙Buck改進型中的三電平雙Buck全橋逆變電路具有較高的可靠性。
元器件數(shù)量影響電路可靠性
器件數(shù)量少，意味著更簡潔的結構和控制，出錯幾率小。特別是，相對于有源器件，無源器件具有更高的可靠性。功率模塊集成多個元器件，將多個分立器件集成到一個模塊中，結構緊湊，減少了器件之間連線的寄生阻抗。功率模塊驅動回路與主功率回路從不同的管腳分別引出，減少了IGBT主功率回路對驅動回路的電磁干擾。模塊配置了NTC電阻，可以精準地檢測模塊內部溫度。
元器件可靠性
功率開關是最容易失效的位置，要評估逆變器的可靠度必須對組成逆變器的功率開關的可靠性逆變器系統(tǒng)平均無故障工作時間主要受到開關管可靠性的影響，功率開關管的可靠性是整個系統(tǒng)可靠性能的關鍵，增加逆變器開關元件的可靠性能大大增加逆變器整體的可靠性，因此，選用高質量的功率開關管，減小開關管電應力等方法可以有效提高逆變器的可靠性。
逆變器作為電子產(chǎn)品，電容是最基本的元器件，直流母線支撐電容主要作用是儲能和濾波，要承受很高的脈沖電流和脈沖電壓，是逆變器壽命最短的器件之一，直流母線電容現(xiàn)在有鋁電解電容和薄膜電容兩種，各有優(yōu)勢，電解電容的主要優(yōu)勢是單體容量大，價格低，薄膜電容優(yōu)勢是單體電壓高，還有以下優(yōu)勢：電解電容的壽命一般是2000~3000小時，長壽命的有5000~6000小時，并且容易發(fā)生漏液;薄膜電容壽命一般是100000小時以上。而且薄膜電容還具有自愈效應。電解電容耐壓值一般為500-550V，薄膜電容耐壓值一般為1000-1300V，薄膜電容能承受2倍于額定電壓的浪涌電壓的沖擊，能長期承受反向脈沖電壓。
冗余設計
在系統(tǒng)或設備完成任務起關鍵作用的地方，增加一套以上完成相同功能的功能通道、工作元件或部件，以保證當該部分出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)或設備仍能正常工作，以減少系統(tǒng)或者設備的故障概率，提高系統(tǒng)可靠性。采取冗余措施后，在不改變內部設計的情況下，這套系統(tǒng)的可靠性立即可以大幅度提高。假如單獨系統(tǒng)的故障率為50%，而采取冗余系統(tǒng)后馬上可以將故障率降低到25%。
三防設計
三防設計是指防潮濕、防鹽霧、防霉菌設計。逆變器工作環(huán)境多樣，而潮濕、鹽霧和霉菌會降低材料的絕緣強度，引起漏電、短路，從而導致電子故障和事故。因此，必須采取防止或減少環(huán)境條件對逆變器可靠性的不利影響，以保證逆變器工作中的各項性能，增加產(chǎn)品在惡劣環(huán)境中運行的可靠性。
戶外型太陽能逆變器就充分考慮到三防設計的要求。對其進行三防處理的具體內容包括：(1)對于箱體表面采用酸洗磷化處理后進行靜電噴涂一層致密的塑粉層，經(jīng)高溫固化后可有效地對箱體表面進行防護;(2)蓋板和箱體之間采用自夾緊橡膠密封圈;(3)內部的控制線路板噴三防漆;(4)進、出線采用防水端子密封等。
客服一