光伏逆變器是光伏發電系統的核心設備，其主要功能是將光伏發電系統所發的直流電轉化成交流電，并跟蹤光伏組件陣列的最大輸出功率，將其能量以最小的變換損耗、最佳的電能質量用于電器設備應用或饋入電網。

　　圖1、光伏逆變器與光伏電網

　　光伏逆變器分為四大類：集中式、組串式、集散式和微型。其中，集中式逆變器與組串式逆變器為我國光伏逆變器的主流產品，占比分別為45%、42%。

　　圖2、光伏逆變器分類

　　從光伏逆變器的成本構成上看，直接材料成本占比非常高，超過80%，可大致分為四個部分：功率半導體(主要為IGBT)，機構件( 塑膠件、壓鑄件、散熱器、鈑金件等)，輔材(絕緣材料、包材等)，以及其它電子元器件(電容、電感、集成電路等)。

　　圖3、光伏逆變器成本構成(圖源：中金)

　　光伏逆變器電子電路部分主要由輸入濾波電路、DC/DC MPPT電路、DC/AC逆變電路、輸出濾波電路、核心控制單元電路組成。以組串型逆變器為例，常用的電子元器件主要有：1、IGBT和MOSFET等功率器件;光伏逆變器的作用是將光伏系統發的直流電轉化為可以上網的交流電，而實現該功能的核心元件就是功率半導體，比如IGBT、MOSFET等，部分廠商也開始采用GaN和SiC等第三代半導體器件。IGBT和MOSFET功率器件的主要供應商有：英飛凌(INFINEON)、富士電機(FUJI ELECTRIC)、三菱(Mitsubishi)、賽米控(Semikron)、東芝(TOSHIBA)、斯達半導、中車時代、揚杰、士蘭、比亞迪、宏微、華微電子、新潔能、華潤微、飛虹等。

　　圖4、光伏IGBT產業鏈

　　2、MCU主控芯片、驅動芯片;MCU主控芯片在逆變器中的作用很大。為了確保逆變器在直流/交流轉換時損失最少，效率最高，需要MCU來保障功率級電壓和電流的準確采樣，為DC-DC和DC-AC中的電源開關準確生成脈寬調制(PWM)。MCU還需要負責逆變電路的過溫、過壓、欠壓等監控保護功能，以及一些智能化的功能，比如與外界通訊、人機交互、數據記錄等。MCU主要供應商有恩智浦/飛思卡爾(NXP/Freescale) 、德州儀器(TI)、意法半導體(ST)、微芯(Microchip)、英飛凌(INFINEON)、瑞薩(Renesas)等國外廠商。國內的芯片原廠有兆易創新、雅特力、合泰、先楫半導體等。3、電容、電阻、電感、變壓器等磁性元件;電容原廠主要有愛普科斯(EPCOS)、日本尼吉康(Nichicon)、德國威馬(WIMA)、威世/BC元件等，國內供應商主要有基美(Kemet)、法拉、洛爾法、創格、宸瑞、飛達、明路、江海和意殼等。電感等磁性元器件原廠有京泉華、可立克和伊戈爾，三者的全球市場份額都分別超過10%。全球逆變器出貨量前二且遙遙領先的華為和陽光電源，其采購總量的6成來自京泉華和伊戈爾。磁性元器件原廠有國巨/普思、TDK、勝美達、田村、臺達、光寶、京泉華、可立克、順絡電子、銘普光磁、麥捷科技、伊戈爾、永創星科技、中富電路、阿圖姆、維勝科技、柔性磁電、格利爾、菲力克斯、云創電子、大忠、慧華電子、利通、鴻華、貝塔、麥新、輝燁、海能達、普奧、立一、星火電子、中策億特、舜大、裕正、立強、三盛源、達鑫、經緯達、宜興文達、恒升、德瓏、安登利、科德電子、聯泰興、創世富爾、鴻潤恒一、雅瑪西等。4、電流傳感器、直流開關、AC/DC連接器、散熱器等;電流傳感器的供應商主要有萊姆(LEM)、瓦克華(VAC)、村田(Murata)、霍尼韋爾(Honeywell)、埃戈羅(Allegro)等。國內原廠主要有錦澄、中旭、世特美、安科瑞等。

　　散熱器的原廠有依必安派特(EBM-PAPST)、建準(SUNON)、臺達(DELTA)、NOCTUA、AVC、美蓓亞(MINEBEA)、尼得科(NIDEC)等。國產散熱器原廠有三巨電機、賽極、九州風神等。

　　5、電路保護器件。光伏系統防雷器的主要原廠有菲尼克斯(Phoenix Contact)、盾牌(DEHN)、庫柏(Cooper)、西岱爾(CITEL)等。國產原廠有中光、海鵬信、新維等。

　　圖5、光伏逆變器產業鏈

　　接下來我們以陽光電源的SG125HV為例，分析一下光伏逆變器的元器件組成。

　　帶PWM功能的MCU：德州儀器的TMS320F280230PT Piccolo微控制器。一款高效率50MHz、32位CPU、帶用于控制PWM輸出的10位參考模擬比較器。

　　MCU主控芯片：德州儀器的TMS320F2837雙核DelfinoTM微控制器。一款32位浮點微控制器單元(MCU)，專為先進的閉環控制應用、感測和信號處理而設計。

　　FPGA芯片：萊迪思(Lattice)的LCMXO2-2000HC。一款2.5V/3.5V可編程門陣列，具有2112個查找表(LUT)和79個I/O。

　　電涌保護器：Parafoudre型號為DS50VGPV-1500G/51的器件。一款Ⅱ型(Type 2)、最大1500VDC光伏電涌保護器。

　　光伏開關隔離器：伊頓(Eaton)的NZM 2 N2-4-250-S15-DC。一款1500VDC的隔離開關，用于具有250A額定工作電流的雙極開關。

　　柵極驅動器：博通/安華高(Broadcom/Avago)的ACNT-H313(2個用于升壓級)。一款2.5A輸出電流的IGBT柵極驅動光耦，采用15mm展寬SO8封裝。

　　AC開關：MERZ的ML3-125-E-1851。一款125A額定不間斷電流、45kW開放式急斷開關。

　　交流EMI濾波器：LST762

　　電流變送器：萊姆(LEM)的LA 200-P。一款200A/3kV絕緣閉環霍爾效應電流變送器。

　　干簧繼電器：Meder Electronic的KT05-1A。一款單刀單擲常開(1 Form A/SPST-NO)、5V線圈電壓、80Ω、1000V開關電壓觸點干簧繼電器。

　　碳化硅功率器件：科銳(CREE)的C2M1000170D(2顆用于升壓)。一款1700V/5A/1Ω、C2MTM N溝道增強型碳化硅功率MOSFET。

　　光電晶體管：威世(Vishay)的CNY66B(2顆)。一款采用700mil、DIP4封裝的1450Vpk超高隔離電壓光電晶體管。

　　整流器：意法半導體(ST)的STTH6003CW(2顆)。一款300V/2x30A雙高頻二次整流器。

　　直流EMI濾波器。

　　IGBT模塊：英飛凌(Infineon)的F5L200R12N2H3(3相逆變器級3顆)。一款1200V/200A IGBT模塊，具有有源五電平轉換電路拓撲結構。

　　直流鏈路：法拉(Faratronic)的C3D(4顆)。一款900VDC/40μF扁平直流鏈路(DC-Link)金屬薄膜電容器。

　　電流傳感器：博通(Broadcom)的ACNT-H79A(3顆)。一款±1%增益容差光學隔離放大器，采用15mm展寬SO8封裝。

　　吸收電容器：法拉(Faratronic)的C3H(6顆)。一款850VDC/3μF IGBT吸收電容。

　　直流鏈路：法拉(Faratronic)的C3N(3顆)。一款600VDC/250μF直流鏈路電容。

　　柵極驅動器：博通(Broadcom)的ACNT-H313(24顆用于3相逆變器級)。一款2.5A輸出電流IGBT柵極驅動光耦，采用15mm展寬SO8封裝。

　　交流濾波器：法拉(Faratronic)的C6A(12顆)。一款440VAC/10μF金屬化聚丙烯薄膜交流濾波電容器。

　　干擾抑制：法拉(Faratronic)的MKP65(6顆)。一款440VAC/1μF金屬化聚丙烯干擾抑制電容器。

　　AC繼電器：松川(Song Chuan)的511XP1-1AH-F-C-12VDC(6顆)。一款常開觸點、一組動合(Form 1A SPDM)、690VAC/160A、觸點PCB端子AC繼電器。

　　電流變送器：萊姆(LEM)的LA 200-P(3顆)。一款200A/3kV絕緣，閉環霍爾效應電流變送器。

　　漏電流變送器：萊姆(LEM)的CTSR 1.5-TP/SP18。一款1.5A漏電流變送器，帶電流隔離、置于初級和次級電路之間。

　　第二個例子是禾邁光伏微型逆變器MI-700。

　　表1、禾邁MI-700光伏微型逆變器部分料

　　第三個例子是ENPHASE微型逆變器IQ8X。

　　表2、ENPHASE微型逆變器IQ8X部分料

　　由此可見，光伏逆變器需要用到的電子元器件很多，有IGBT和MOSFET等功率器件;MCU主控芯片、驅動芯片;電容、電阻、電感、變壓器等磁性元件;電流傳感器、直流開關、AC/DC連接器、散熱器等;電路保護器件。工程師設計選型的偏好是阻容感或者電源芯片都采用相同品牌。國產品牌僅在磁性元件和散熱組件有一定滲透率，國產替代任重而道遠。

　　光伏逆變器的電氣和硬件設計，在穩定性、可靠性和安全性方面要求會比商業級高，相應的芯片選型和項目設計工作則更難。拍明芯城是快速撮合的元器件交易平臺，過去數年已積累了豐富的優勢貨源。我們聚焦服務元器件長尾客戶群，讓每一家芯片原廠或分銷商的每一款芯片，在Design In、Design Win和流通中更高效，幫助工程師的方案選型、試樣及采購，為電子產業供需略盡綿薄之力。

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