解析致能雙向GaN在單級拓?fù)銬AB逆變方的系統(tǒng)價值

前言

在商業(yè)屋頂以及陽臺光伏系統(tǒng)等諸多系統(tǒng)中，如何在有限體積內(nèi)實現(xiàn)高效率與高可靠性轉(zhuǎn)換，成為逆變電源方案設(shè)計的挑戰(zhàn)。近期，充電頭網(wǎng)拿到由致能推出的ZN-600W單級拓?fù)銬AB方案。該方案可將22`60V直流輸入逆變?yōu)?87~242Vac交流輸出。該方案的一大亮點是引入了致能自研藍(lán)寶石襯底雙向氮化鎵器件，在轉(zhuǎn)換效率與系統(tǒng)可靠性之間取得平衡，為單級DAB架構(gòu)在光伏與雙向逆變場景中的應(yīng)用提供了較高的參考價值。

下面充電頭網(wǎng)就對致能這款ZN-600W單級拓?fù)銬AB方案進(jìn)行深度解析，一起來看看實際設(shè)計與器件用料。

致能600W單級拓?fù)銬AB方案外觀

ZN-600W方案PCBA正面一覽，左側(cè)焊接五顆直流輸入濾波電容，上方為逆變變壓器和濾波電感，下方為控制小板和輸出調(diào)制小板，最右側(cè)為濾波電路。

PCBA背面一覽，從左至右分別為Y電容、整流橋、隔離電源模塊、以及低壓MOS等。

該方案長度約為24.5cm。

寬度約為11.1cm。

厚度約為4.06cm。

簡單看過產(chǎn)品外觀以及尺寸數(shù)據(jù)，充電頭網(wǎng)繼續(xù)為您介紹該方案所應(yīng)用的器件。

致能ZN-600W單級拓?fù)銬AB方案解析

將致能這款方案由底層主板以及輸出調(diào)制小板和控制小板兩塊副板組成，先將兩塊小板拆下。

其中面積較大的輸出調(diào)制小板正面搭載四顆隔離放大器。

隔離放大器來自納芯微，型號為NSi1311，是一款高性能隔離放大器，具備最高5000Vrms絕緣電壓以及0.02~2V線性輸入電壓范圍，采用SOW8封裝。

小板背面搭載致能高壓雙向氮化鎵、通信接口、正負(fù)極以及接地。

高壓氮化鎵器件來自致能半導(dǎo)體，型號為ZN70B1R075L是一款700V耐壓、75mΩ導(dǎo)阻的雙向氮化鎵功率器件，采用DFN12×12-12L封裝；器件為常關(guān)斷型，支持源極-源極雙向耐壓結(jié)構(gòu)，瞬態(tài)耐壓可達(dá)800V；典型總柵極電荷17nC，柵極驅(qū)動電壓范圍±20V，兼容常見氮化鎵柵極驅(qū)動方案。

該器件符合JEDEC標(biāo)準(zhǔn)，具備低柵電荷、寬柵極安全裕量、支持硬開關(guān)與軟開關(guān)拓?fù)洌M足RoHS、無鹵封裝要求，有利于高功率密度與系統(tǒng)可靠性設(shè)計。在系統(tǒng)層面，ZN70B1R075L的核心價值在于減少器件數(shù)量與損耗路徑。相比傳統(tǒng)MOS+反并聯(lián)二極管方案，雙向氮化鎵可顯著降低反向恢復(fù)損耗與導(dǎo)通損耗，提升整體效率。同時，ZN70B1R75L采用藍(lán)寶石襯底，實驗結(jié)果顯示藍(lán)寶石襯底氮化鎵器件無背柵效應(yīng)。因此系統(tǒng)無需額外設(shè)計襯底箝位裝置以避免動態(tài)電阻的惡性衰退。

該器件面向雙向DC-DC變換器與矩陣式變換器應(yīng)用，尤其DAB、儲能系統(tǒng)、OBC以及各類追求高功率密度的雙向逆變電源架構(gòu)應(yīng)用。

簡單看過轉(zhuǎn)換小板，充電頭網(wǎng)繼續(xù)為您介紹控制小板。

這塊控制小板正面分別分布LED指示燈、主控MCU以及晶振。

控制板上核心MCU為廣芯微電子研發(fā)的高性能UM3242F實時微處理器，它采用ARM Cortex-M4F內(nèi)核，主頻高達(dá)240MHz，集成的高采樣率ADC、DAC、運算放大器、高速比較器及硬件坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)計算加速器、豐富且高性能的PWM模塊和多樣的外設(shè)與通信接口，可高效運行自研的DAB諧振控制與自適應(yīng)MPPT算法。

一顆12MHz晶振來自楊興，用于為廣芯微MCU發(fā)出時鐘信號。

一顆LED指示燈，用于指示工作狀態(tài)。

控制小板背面四周分布各類通訊接針。

看過控制小板，充電頭網(wǎng)繼續(xù)為您介紹底部主板。

底部主板總左至右分別是低壓固態(tài)電容、低壓鋁電解電容、變壓器、濾波電感、繼電器。

五顆創(chuàng)慧鋁電解電容，規(guī)格為63V 3300μF。

半橋柵極驅(qū)動器來自MPS芯源，型號為MP1921A，這款芯片是一款100V高頻半橋N溝道功率MOSFET驅(qū)動器。

另一顆半橋柵極驅(qū)動器同樣來自MPS芯源，型號為MP1921A。

一顆同步降壓芯片來自茂睿芯，型號為MK9019，該芯片支持4.5V-100V寬范圍的輸入。集成了主功率MOS和同步MOS，支持持續(xù)1A的輸出電流。

一顆63V 220μF低壓固態(tài)電容。

兩顆鈺邦16V 330μF固態(tài)電容。

一個變壓器。

變壓器右側(cè)的為濾波電感。

一個磁環(huán)電感。

繼電器來自永能，型號為YX208T-S-212DM，規(guī)格為250V 8A。

另一個磁環(huán)電感。

兩個方形慢斷保險絲來自泓達(dá)，型號為2009T15A250V。

一顆X2安規(guī)電容，規(guī)格為0.47μF。

另一顆X2安規(guī)電容，耐壓275V。

還有一顆X2安規(guī)電容，規(guī)格為0.47μF。

電流互感器來自新納，型號為MCR11203。

最后再來看下主板背面器件布局。

4顆特銳祥Y電容，型號為TMY1102M。

兩顆整流橋絲印MB40M。

隔離電源模塊來自易川，型號為F1212S-2W，隔離電壓3000VDC。

電流感應(yīng)放大器來自類比，型號為CSA220，具有小于60uV(max)的失調(diào)電壓和小于0.1% (max)的增益誤差，采用SOT23-5封裝。

以上便是本次方案解析部分的全部內(nèi)容。

充電頭網(wǎng)總結(jié)

綜合整體結(jié)構(gòu)與器件選型來看，該方案設(shè)計扎實，可將22~60V直流輸入條件下逆變?yōu)?87–242Vac交流輸出。可見致能ZN-600W單級拓?fù)銬AB方案并非單純的概念展示，而是一套圍繞量產(chǎn)化可行性展開的完整參考設(shè)計。

同時，致能ZN-600W單級拓?fù)銬AB方案中內(nèi)置ZN70B1R075L藍(lán)寶石襯底雙向氮化鎵器件的應(yīng)用是該方案的核心看點。該器件在滿足700V耐壓與雙向?qū)ㄐ枨蟮耐瑫r，避免了硅襯底氮化鎵常見的背柵效應(yīng)問題，使系統(tǒng)無需額外襯底箝位設(shè)計，有助于抑制動態(tài)導(dǎo)阻劣化風(fēng)險，這一特性非常適合在DAB、雙向DC-DC、儲能及光伏逆變等長期高負(fù)載運行場景中批量應(yīng)用。