中低壓MOS管在雙向型逆變器上的應用

一、前言：

逆變器就是一種將低壓(12或24伏或48伏)直流電（電池、蓄電瓶）轉變?yōu)?20伏交流電的電子設備。由于我們通常是將220伏交流電整流變成直流電來運用，而逆變器的作用與此相反，因此而得名。

在電力電子領域，逆變器作為將直流電轉換為交流電的關鍵設備，廣泛應用于太陽能發(fā)電、電動汽車、不間斷電源(UPS)、儲能等多個領域。逆變器的前級推挽輸出結構，因其結構簡單、效率高而備受青睞。其中，MOS管(金屬氧化物半導體場效應晶體管)作為重要的功率開關元件。

二、中低壓MOS管在逆變器上的工作原理：

由于MOS管具有開關控制特性，在逆變器前級所使用的中低壓MOS管是通過控制柵極電壓來調節(jié)電流的通斷，從而實現(xiàn)直流電到交流電的轉換。

中低壓MOS管，作為一種場效應晶體管，其工作原理基于電場控制電流的概念。當柵極電壓（VGS）為正時，會在柵極和硅襯底之間的SiO2絕緣層中產生電場，吸引電子在漏極和源極之間形成導電溝道，從而允許電流通過。通過調整柵極電壓的大小，可以控制導電溝道的寬度，進而控制流過的電流大小。這種控制方式使得MOS管非常適合用于需要精細電流控制的場合，如逆變器中。

在雙向型逆變器中，MOS管通過控制電路的控制，實現(xiàn)直流電到交流電的轉換。

這一過程包括幾個關鍵步驟：首先，通過全橋電路將低壓直流電升壓整流為高壓直流電，接著，通過SPWM將高壓直流電調制成正弦交流電。這個過程依賴于逆變電路、濾波電路以及控制電路的協(xié)同工作。

具體到中低壓MOS管在雙向型逆變器中的應用，它們主要位于逆變前級，通過控制MOS管的通斷，實現(xiàn)從直流到交流的轉換。這種轉換對于家庭和工業(yè)用電設備來說至關重要，因為它允許使用直流電源來驅動需要交流電源的設備。

在儲能逆變中，中低壓MOS管用在逆變前級，MOS選型一般為電池電壓的三倍以上，目前輸出功率1-3KW的已普遍采用100V，TOLL封裝的MOS。

三、雙向型逆變器上MOS管該如何選型？

在雙向型逆變器上選擇MOS管時，需要考慮多個關鍵因素，以確保逆變器的性能、效率和可靠性。以下是一些關鍵的選型步驟和考慮因素：

1?、確定N溝道或P溝道?：根據(jù)電路設計的需求，選擇N溝道或P溝道MOS管。在雙向型逆變器中，這取決于具體的電路設計的需求。

?2、額定電壓?：確定MOS管的最大工作電壓（VDS），這個值應大于電路中的實際最高電壓，并留有足夠的電壓余量以確保安全。額定電壓應當大于干線電壓或總線電壓，一般會留出1.2~1.5倍的電壓余量，以提供足夠的保護，防止MOS管失效。

3?、電流能力?：根據(jù)電路中的最大預期電流選擇MOS管。額定電流應是負載在滿載情況下都能承受的最大電流。同時，還需要考慮脈沖尖峰電流，確保MOS管能夠承受這些條件下短時的尖峰電流。

4、導通電阻（RDS(on)）?：選擇低RDS(on)的MOS管可以降低功率損耗并提高效率。

5. ?開關性能?：考慮MOS管的開關速度和相關的電容值，這對于高頻應用尤為重要。需要選擇具有快速開關特性的MOS管，以及考慮柵極/漏極、柵極/源極及漏極/源極電容，這些電容會影響MOS管的開關速度和效率。所以低Ciss參數(shù)的MOS更適合在逆變器上使用。

6. ?封裝與散熱?：根據(jù)電路板空間、散熱需求和生產工藝選擇合適的封裝類型。封裝尺寸和熱性能會影響MOS管的安裝和散熱效果。同時，需要分析系統(tǒng)的散熱需求，選擇能夠在這些條件下正常工作的MOS管。TOLL封裝具有更好的散熱性能、便利的貼裝效果以及能適應更薄的結構性能要求而開始被各大廠家所使用。

7、溫度范圍?：確保所選MOS管的工作溫度范圍符合系統(tǒng)的工作環(huán)境要求。

8、?特殊應用考慮?：對于低壓應用（如使用5V或3V電源的場合），需要特別注意MOS管的開啟電壓是否符合要求。寬電壓應用可能需要內置穩(wěn)壓管的MOS管來限制gate電壓的幅值。

9、?可靠性與質量?：考慮制造商的聲譽、器件的質量保證和長期穩(wěn)定性。對于高可靠性應用，可能需要選擇車規(guī)級或其他特定標準的MOS管。

10、成本與供貨?：在滿足性能要求的前提下，考慮MOS管的成本以及供應商的交貨期和供應穩(wěn)定性。

通過上述步驟的綜合考慮，可以選擇適合雙向型逆變器應用的MOS管，確保逆變器的性能、效率和可靠性滿足設計要求。

四?、思開半導體MOS在雙向型逆變器應用上的選型推薦：

思開半導體針對逆變器上的這些應用要求，開發(fā)出了具有低Rds-on且同時低Ciss參數(shù)的TOLL封裝SGT MOS產品（SS019N10LS,100V,305A,1.4?mΩ），已被多家客戶采用。性能穩(wěn)定，深受客戶一致好評。

相信思開半導體在往后能開發(fā)出更多具有極低導通電阻，低損耗，高雪崩耐量，高效率的、穩(wěn)定高、性能可靠的、能覆蓋更多的應用場景的產品系列。

審核編輯 黃宇