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3相ハイブリッド インバータ ソリューション

適切な半導体ソリューションで3相ハイブリッド インバータ ソリューションの設計を強化

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概要

気候への懸念と地政学的な不安定さにより、エネルギーの自家消費の需要が高まっています。太陽光発電 (PV) は、家庭での発電と消費を可能にすることにより、そのようなエネルギーの自立を達成するためのアクセス可能な方法を提供します。ただし、従来のストリングインバータやマイクロインバータでは、蓄電の必要性に対応できません。そこで、ハイブリッドインバータの出番です。

利点

  • 材料量の削減
  • シンプルな昇圧トポロジー
  • 双方向エネルギー伝送
  • より高い変換効率
  • バッテリー容量の削減
  • 低変換損失

ブロック図

概要

3相ハイブリッド インバータ ソリューションの導入

ハイブリッドインバータは、PV システムの構築に必要な材料、スペース、および複雑さの量を削減しながら、自家消費のための新しい扉を開きます。複数のPV パネルを接続し、生成されたDC 電流をAC に変換するだけでなく、バッテリーなどの蓄電システム (ESS) に直接DC 電流を供給できます。蓄電システムを統合することにより、ハイブリッドインバータは不要な電力変換を排除し、損失を低減します。当社は、3相ハイブリッド インバータ向けに、電力とセンシングから制御と接続まで、幅広いソリューションを提供しています。

主なトポロジー

3相ハイブリッド インバーターの電力段には、いくつかの主要なトポロジーが使用されています。

まず、DC-DCステージは可変DC 電圧を固定DC 電圧に変換すると同時に、MPPT (最大電力点追従) 技術を介してPV パネルから最大電力を供給できるようにします。一般に、この段階では単純な昇圧トポロジーが推奨されます。

次に、DC-DC 段は、ESS とDC バス間の双方向送電を可能にします。一般に、高電圧電池には非絶縁型双方向DC-DC コンバータが好まれ、低電圧電池には絶縁型双方向DC-DC コンバータが用いられます。

最後に、DC-AC 段はDC 電力をグリッド互換のAC 電力に変換します。この段階では、2 レベルまたは 3 レベルのトポロジーが推奨されます。特に、3レベルのNPC1 / NPC2トポロジーは、その高効率から広く使用されています。3レベルのNPC1は、特大のPV パネルでも20kHz を超えるスイッチング周波数動作を可能にします。3レベルのNPC2は、20kHz 未満のスイッチング周波数動作に最適なトポロジーである600V および1200V デバイスを使用します。

最大30 kW の設計に対応する製品

当社は、3相ハイブリッド インバータ向けの幅広いソリューションを提供しています。通常、これらのインバータの定格は約数 kWから30 kW までです。最大定格10kWまでには、インフィニオンのディスクリートIGBT、MOSFET、CoolSiC™ MOSFET、およびCoolSiC™ ショットキーダイオードが、最高の価格対性能比を達成するために推奨される選択肢です。

また、インフィニオンのモジュール製品を使用することで、クラス最高の電力密度と高い製造容易性を実現することも可能です。10 kW を超える電力範囲では、ハイブリッド インバータは通常、CoolSiC™ Easy モジュール、Easy Booster モジュール、Easy 3レベルモジュールファミリーなど、インフィニオンのIGBT およびCoolSiC™ MOSFET パワーモジュールで構築されています。

すべてのスイッチにはドライバーが必要であり、すべてのドライバーを制御する必要があります。 また、インバーター設計に適したEiceDRIVER™ ゲートドライバ、 XMC™ およびPSoC™ MCUも提供しています。最後に、各機能ブロックにはセンサーと補助電源が必要なため、1.7 kV CoolSiC™ MOSFET およびTLI4971電流センサーとともにCoolSET™ を提供しています。コネクティビティに対処するためのスマートな組み合わせとして、単一のデバイスでBluetooth とWiFi を提供するAIROC™ ファミリーを提供しています。

MOSFETの詳細
IGBT の詳細
ゲートドライバの詳細
マイクロコントローラーの詳細
センサーの詳細
3相ハイブリッド インバータの動向と要件

特に、電力変換ブロックを追加すると、より高い変換効率が要求されます。電池用途であるため、変換効率の向上は、電池容量とそれに関連する電池コストを削減する。さらに、これらのインバータは住宅空間内に設置されるため、インバーター設計では、小さなフォームファクターでファンレス動作を可能にする必要があります。これは非常に困難な要件であり、より高いスイッチング周波数動作で低い変換損失が必要です。したがって、メーカーは効率と電力密度の改善の両方に焦点を合わせており、特に部分負荷効率はシステムの性能をさらに向上させるために非常に重要です。

クラス最高のハイブリッド インバータは、高効率で、電力密度が高く、コンパクトでなければなりません。WBG技術により、インバータは以前よりも高速にスイッチングでき、変換損失は大幅に低くなります。これにより効率が向上し、バッテリーサイズが削減され、ファンレス設計が可能になります。このような機能は、より静かで小型のシステムが必要な住宅用と商業用の設備に大きな違いをもたらします。そして最終的には、軽量で効率的なハイブリッド インバータを構築するために必要な材料の量を削減します。

3相ハイブリッド インバータ ソリューションの導入

ハイブリッドインバータは、PV システムの構築に必要な材料、スペース、および複雑さの量を削減しながら、自家消費のための新しい扉を開きます。複数のPV パネルを接続し、生成されたDC 電流をAC に変換するだけでなく、バッテリーなどの蓄電システム (ESS) に直接DC 電流を供給できます。蓄電システムを統合することにより、ハイブリッドインバータは不要な電力変換を排除し、損失を低減します。当社は、3相ハイブリッド インバータ向けに、電力とセンシングから制御と接続まで、幅広いソリューションを提供しています。

主なトポロジー

3相ハイブリッド インバーターの電力段には、いくつかの主要なトポロジーが使用されています。

まず、DC-DCステージは可変DC 電圧を固定DC 電圧に変換すると同時に、MPPT (最大電力点追従) 技術を介してPV パネルから最大電力を供給できるようにします。一般に、この段階では単純な昇圧トポロジーが推奨されます。

次に、DC-DC 段は、ESS とDC バス間の双方向送電を可能にします。一般に、高電圧電池には非絶縁型双方向DC-DC コンバータが好まれ、低電圧電池には絶縁型双方向DC-DC コンバータが用いられます。

最後に、DC-AC 段はDC 電力をグリッド互換のAC 電力に変換します。この段階では、2 レベルまたは 3 レベルのトポロジーが推奨されます。特に、3レベルのNPC1 / NPC2トポロジーは、その高効率から広く使用されています。3レベルのNPC1は、特大のPV パネルでも20kHz を超えるスイッチング周波数動作を可能にします。3レベルのNPC2は、20kHz 未満のスイッチング周波数動作に最適なトポロジーである600V および1200V デバイスを使用します。

最大30 kW の設計に対応する製品

当社は、3相ハイブリッド インバータ向けの幅広いソリューションを提供しています。通常、これらのインバータの定格は約数 kWから30 kW までです。最大定格10kWまでには、インフィニオンのディスクリートIGBT、MOSFET、CoolSiC™ MOSFET、およびCoolSiC™ ショットキーダイオードが、最高の価格対性能比を達成するために推奨される選択肢です。

また、インフィニオンのモジュール製品を使用することで、クラス最高の電力密度と高い製造容易性を実現することも可能です。10 kW を超える電力範囲では、ハイブリッド インバータは通常、CoolSiC™ Easy モジュール、Easy Booster モジュール、Easy 3レベルモジュールファミリーなど、インフィニオンのIGBT およびCoolSiC™ MOSFET パワーモジュールで構築されています。

すべてのスイッチにはドライバーが必要であり、すべてのドライバーを制御する必要があります。 また、インバーター設計に適したEiceDRIVER™ ゲートドライバ、 XMC™ およびPSoC™ MCUも提供しています。最後に、各機能ブロックにはセンサーと補助電源が必要なため、1.7 kV CoolSiC™ MOSFET およびTLI4971電流センサーとともにCoolSET™ を提供しています。コネクティビティに対処するためのスマートな組み合わせとして、単一のデバイスでBluetooth とWiFi を提供するAIROC™ ファミリーを提供しています。

MOSFETの詳細
IGBT の詳細
ゲートドライバの詳細
マイクロコントローラーの詳細
センサーの詳細

3相ハイブリッド インバータの動向と要件

特に、電力変換ブロックを追加すると、より高い変換効率が要求されます。電池用途であるため、変換効率の向上は、電池容量とそれに関連する電池コストを削減する。さらに、これらのインバータは住宅空間内に設置されるため、インバーター設計では、小さなフォームファクターでファンレス動作を可能にする必要があります。これは非常に困難な要件であり、より高いスイッチング周波数動作で低い変換損失が必要です。したがって、メーカーは効率と電力密度の改善の両方に焦点を合わせており、特に部分負荷効率はシステムの性能をさらに向上させるために非常に重要です。

クラス最高のハイブリッド インバータは、高効率で、電力密度が高く、コンパクトでなければなりません。WBG技術により、インバータは以前よりも高速にスイッチングでき、変換損失は大幅に低くなります。これにより効率が向上し、バッテリーサイズが削減され、ファンレス設計が可能になります。このような機能は、より静かで小型のシステムが必要な住宅用と商業用の設備に大きな違いをもたらします。そして最終的には、軽量で効率的なハイブリッド インバータを構築するために必要な材料の量を削減します。

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