光伏逆变器是光伏发电系统的核心设备，其主要功能是将光伏发电系统所发的直流电转化成交流电，并跟踪光伏组件阵列的最大输出功率，将其能量以最小的变换损耗、最佳的电能质量用于电器设备应用或馈入电网。

　　图1、光伏逆变器与光伏电网

　　光伏逆变器分为四大类：集中式、组串式、集散式和微型。其中，集中式逆变器与组串式逆变器为我国光伏逆变器的主流产品，占比分别为45%、42%。

　　图2、光伏逆变器分类

　　从光伏逆变器的成本构成上看，直接材料成本占比非常高，超过80%，可大致分为四个部分：功率半导体(主要为IGBT)，机构件( 塑胶件、压铸件、散热器、钣金件等)，辅材(绝缘材料、包材等)，以及其它电子元器件(电容、电感、集成电路等)。

　　图3、光伏逆变器成本构成(图源：中金)

　　光伏逆变器电子电路部分主要由输入滤波电路、DC/DC MPPT电路、DC/AC逆变电路、输出滤波电路、核心控制单元电路组成。以组串型逆变器为例，常用的电子元器件主要有：1、IGBT和MOSFET等功率器件;光伏逆变器的作用是将光伏系统发的直流电转化为可以上网的交流电，而实现该功能的核心元件就是功率半导体，比如IGBT、MOSFET等，部分厂商也开始采用GaN和SiC等第三代半导体器件。IGBT和MOSFET功率器件的主要供应商有：英飞凌(INFINEON)、富士电机(FUJI ELECTRIC)、三菱(Mitsubishi)、赛米控(Semikron)、东芝(TOSHIBA)、斯达半导、中车时代、扬杰、士兰、比亚迪、宏微、华微电子、新洁能、华润微、飞虹等。

　　图4、光伏IGBT产业链

　　2、MCU主控芯片、驱动芯片;MCU主控芯片在逆变器中的作用很大。为了确保逆变器在直流/交流转换时损失最少，效率最高，需要MCU来保障功率级电压和电流的准确采样，为DC-DC和DC-AC中的电源开关准确生成脉宽调制(PWM)。MCU还需要负责逆变电路的过温、过压、欠压等监控保护功能，以及一些智能化的功能，比如与外界通讯、人机交互、数据记录等。MCU主要供应商有恩智浦/飞思卡尔(NXP/Freescale) 、德州仪器(TI)、意法半导体(ST)、微芯(Microchip)、英飞凌(INFINEON)、瑞萨(Renesas)等国外厂商。国内的芯片原厂有兆易创新、雅特力、合泰、先楫半导体等。3、电容、电阻、电感、变压器等磁性元件;电容原厂主要有爱普科斯(EPCOS)、日本尼吉康(Nichicon)、德国威马(WIMA)、威世/BC元件等，国内供应商主要有基美(Kemet)、法拉、洛尔法、创格、宸瑞、飞达、明路、江海和意壳等。电感等磁性元器件原厂有京泉华、可立克和伊戈尔，三者的全球市场份额都分别超过10%。全球逆变器出货量前二且遥遥领先的华为和阳光电源，其采购总量的6成来自京泉华和伊戈尔。磁性元器件原厂有国巨/普思、TDK、胜美达、田村、台达、光宝、京泉华、可立克、顺络电子、铭普光磁、麦捷科技、伊戈尔、永创星科技、中富电路、阿图姆、维胜科技、柔性磁电、格利尔、菲力克斯、云创电子、大忠、慧华电子、利通、鸿华、贝塔、麦新、辉烨、海能达、普奥、立一、星火电子、中策亿特、舜大、裕正、立强、三盛源、达鑫、经纬达、宜兴文达、恒升、德珑、安登利、科德电子、联泰兴、创世富尔、鸿润恒一、雅玛西等。4、电流传感器、直流开关、AC/DC连接器、散热器等;电流传感器的供应商主要有莱姆(LEM)、瓦克华(VAC)、村田(Murata)、霍尼韦尔(Honeywell)、埃戈罗(Allegro)等。国内原厂主要有锦澄、中旭、世特美、安科瑞等。

　　散热器的原厂有依必安派特(EBM-PAPST)、建准(SUNON)、台达(DELTA)、NOCTUA、AVC、美蓓亚(MINEBEA)、尼得科(NIDEC)等。国产散热器原厂有三巨电机、赛极、九州风神等。

　　5、电路保护器件。光伏系统防雷器的主要原厂有菲尼克斯(Phoenix Contact)、盾牌(DEHN)、库柏(Cooper)、西岱尔(CITEL)等。国产原厂有中光、海鹏信、新维等。

　　图5、光伏逆变器产业链

　　接下来我们以阳光电源的SG125HV为例，分析一下光伏逆变器的元器件组成。

　　带PWM功能的MCU：德州仪器的TMS320F280230PT Piccolo微控制器。一款高效率50MHz、32位CPU、带用于控制PWM输出的10位参考模拟比较器。

　　MCU主控芯片：德州仪器的TMS320F2837双核DelfinoTM微控制器。一款32位浮点微控制器单元(MCU)，专为先进的闭环控制应用、感测和信号处理而设计。

　　FPGA芯片：莱迪思(Lattice)的LCMXO2-2000HC。一款2.5V/3.5V可编程门阵列，具有2112个查找表(LUT)和79个I/O。

　　电涌保护器：Parafoudre型号为DS50VGPV-1500G/51的器件。一款Ⅱ型(Type 2)、最大1500VDC光伏电涌保护器。

　　光伏开关隔离器：伊顿(Eaton)的NZM 2 N2-4-250-S15-DC。一款1500VDC的隔离开关，用于具有250A额定工作电流的双极开关。

　　栅极驱动器：博通/安华高(Broadcom/Avago)的ACNT-H313(2个用于升压级)。一款2.5A输出电流的IGBT栅极驱动光耦，采用15mm展宽SO8封装。

　　AC开关：MERZ的ML3-125-E-1851。一款125A额定不间断电流、45kW开放式急断开关。

　　交流EMI滤波器：LST762

　　电流变送器：莱姆(LEM)的LA 200-P。一款200A/3kV绝缘闭环霍尔效应电流变送器。

　　干簧继电器：Meder Electronic的KT05-1A。一款单刀单掷常开(1 Form A/SPST-NO)、5V线圈电压、80Ω、1000V开关电压触点干簧继电器。

　　碳化硅功率器件：科锐(CREE)的C2M1000170D(2颗用于升压)。一款1700V/5A/1Ω、C2MTM N沟道增强型碳化硅功率MOSFET。

　　光电晶体管：威世(Vishay)的CNY66B(2颗)。一款采用700mil、DIP4封装的1450Vpk超高隔离电压光电晶体管。

　　整流器：意法半导体(ST)的STTH6003CW(2颗)。一款300V/2x30A双高频二次整流器。

　　直流EMI滤波器。

　　IGBT模块：英飞凌(Infineon)的F5L200R12N2H3(3相逆变器级3颗)。一款1200V/200A IGBT模块，具有有源五电平转换电路拓扑结构。

　　直流链路：法拉(Faratronic)的C3D(4颗)。一款900VDC/40µF扁平直流链路(DC-Link)金属薄膜电容器。

　　电流传感器：博通(Broadcom)的ACNT-H79A(3颗)。一款±1%增益容差光学隔离放大器，采用15mm展宽SO8封装。

　　吸收电容器：法拉(Faratronic)的C3H(6颗)。一款850VDC/3µF IGBT吸收电容。

　　直流链路：法拉(Faratronic)的C3N(3颗)。一款600VDC/250µF直流链路电容。

　　栅极驱动器：博通(Broadcom)的ACNT-H313(24颗用于3相逆变器级)。一款2.5A输出电流IGBT栅极驱动光耦，采用15mm展宽SO8封装。

　　交流滤波器：法拉(Faratronic)的C6A(12颗)。一款440VAC/10µF金属化聚丙烯薄膜交流滤波电容器。

　　干扰抑制：法拉(Faratronic)的MKP65(6颗)。一款440VAC/1µF金属化聚丙烯干扰抑制电容器。

　　AC继电器：松川(Song Chuan)的511XP1-1AH-F-C-12VDC(6颗)。一款常开触点、一组动合(Form 1A SPDM)、690VAC/160A、触点PCB端子AC继电器。

　　电流变送器：莱姆(LEM)的LA 200-P(3颗)。一款200A/3kV绝缘，闭环霍尔效应电流变送器。

　　漏电流变送器：莱姆(LEM)的CTSR 1.5-TP/SP18。一款1.5A漏电流变送器，带电流隔离、置于初级和次级电路之间。

　　第二个例子是禾迈光伏微型逆变器MI-700。

　　表1、禾迈MI-700光伏微型逆变器部分料

　　第三个例子是ENPHASE微型逆变器IQ8X。

　　表2、ENPHASE微型逆变器IQ8X部分料

　　由此可见，光伏逆变器需要用到的电子元器件很多，有IGBT和MOSFET等功率器件;MCU主控芯片、驱动芯片;电容、电阻、电感、变压器等磁性元件;电流传感器、直流开关、AC/DC连接器、散热器等;电路保护器件。工程师设计选型的偏好是阻容感或者电源芯片都采用相同品牌。国产品牌仅在磁性元件和散热组件有一定渗透率，国产替代任重而道远。

　　光伏逆变器的电气和硬件设计，在稳定性、可靠性和安全性方面要求会比商业级高，相应的芯片选型和项目设计工作则更难。拍明芯城是快速撮合的元器件交易平台，过去数年已积累了丰富的优势货源。我们聚焦服务元器件长尾客户群，让每一家芯片原厂或分销商的每一款芯片，在Design In、Design Win和流通中更高效，帮助工程师的方案选型、试样及采购，为电子产业供需略尽绵薄之力。

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