太陽能資源豐富、分布廣泛，是最具發(fā)展?jié)摿Φ目稍偕茉?。隨著全球能源短缺和環(huán)境污染等問題日益突出，太陽能光伏發(fā)電因其清潔、安全、便利、高效等特點(diǎn)，已成為世界各國普遍關(guān)注和重點(diǎn)發(fā)展的新興產(chǎn)業(yè)[1]。
光伏逆變器為光伏發(fā)電系統(tǒng)的重要組成部分之一，主要功能是將太陽能模組輸出的直流電轉(zhuǎn)成交流電。光伏逆變器中的磁性元件主要包含EMC濾波電感、Boost升壓電感、逆變電感、高低頻隔離變壓器、驅(qū)動(dòng)變壓器、互感器與（漏）電流傳感器等[2]。根據(jù)器件的性能要求不同，對應(yīng)軟磁材料的要求也不一樣。因而根據(jù)光伏逆變器的具體設(shè)計(jì)要求，使用對應(yīng)的
軟磁材料非常必要。
本文分別介紹了天通公司針對光伏逆變器中的功率電感、高頻隔離變壓器和EMI濾波電感對應(yīng)的軟磁材料。
2 光伏逆變器逆變器用軟磁材料
2.1 功率電感用高Bs低損耗MnZn材料TPB15
功率電感主要在逆變系統(tǒng)中充當(dāng)濾波和儲(chǔ)能作用，一方面從工作電流的角度來看，功率電感在其整個(gè)工作段內(nèi)紋波電流相對較大并且工作溫度較高，從而功率電感的直流偏置特性要求較高（尤其是高溫時(shí)），提高功率電感對應(yīng)鐵氧體材料的高溫Bs（飽和磁通密度）非常必要；另一方面，從損耗的角度來看，功率電感的損耗可能占到太陽能逆變系統(tǒng)總損耗的20~40%，降低功率電感對應(yīng)鐵氧體材料的功率損耗非常必要。針對光伏逆變器中的功率電感的性能要求，我們開發(fā)了高Bs低損耗MnZn材料TPB15。
表1為TPB15材料與天通傳統(tǒng)的TP4材料的材料性能對比。圖1為 TPB15材料與天通傳統(tǒng)的TP4材料的Bs-T曲線對比。由表可見，相對于天通傳統(tǒng)的TP4材料，TPB15材料的Bs有顯著的提升，尤其是高溫的Bs。圖2為TPB15材料與天通傳統(tǒng)的TP4材料的Pcv-T曲線對比。由圖可見，相對于天通傳統(tǒng)的TP4材料，TPB15材料的功耗谷點(diǎn)設(shè)計(jì)在100℃左右，低溫段的功耗不如TP4材料，但是高溫段的功耗基本與TP4材料相當(dāng)。一方面考慮到鐵氧體磁芯氣隙處的渦流損耗可以通過分布式氣隙和氣隙避讓技術(shù)來做優(yōu)化處理，另一方面，使用高Bs材料，就可以把工作磁通密度Bm選得高一些，可以減小磁心的尺寸，因此TPB15材料能夠滿足光伏逆變器中的功率電感的低損耗和小型化的要求。
2.2 高頻隔離變壓器用高頻低損耗MnZn材料TP5i
高頻隔離式變壓器一方面可以有效的隔離掉直流諧波，防止對交流電網(wǎng)產(chǎn)生干擾，另一方面還有升壓功能。其工作頻率較高，體積相對較小，特別適用于現(xiàn)在逐步流行的太陽能微逆變器。為提高逆變器效率，高頻隔離式變壓器用鐵氧體磁芯要求高使用頻率、高飽和磁化強(qiáng)度、低損耗。針對光伏逆變器中的高頻隔離式變壓器的性能要求，我們開發(fā)了高頻低損耗MnZn
材料TP5i[3]。
表2為TP5i材料與天通傳統(tǒng)的TP4材料的材料性能對比。如表所示，TP5i材料的高頻損耗較小，相對于天通傳統(tǒng)的TP4材料，更適合高頻隔離式變壓器的高頻低損耗要求。圖3為TP5i材質(zhì)磁芯產(chǎn)品與國外合格產(chǎn)品Pcv-T特性對比。由圖可見，TP5i材料在整個(gè)使用的溫度段內(nèi)具有更低的損耗，使用TP5i材料做成的高頻隔離變壓器，相對于國外產(chǎn)品，高溫100℃的功耗Pcv降低40%以上。我們知道，逆變器出力狀態(tài)還受天氣變化影響。光照強(qiáng)，陽光直射情況出力大；夜間光照弱，逆變器處于停機(jī)狀態(tài)，逆變器出力變小，電池效率下降。TP5i材料在低溫和高溫段的損耗均較小，非常有利于微逆變器的轉(zhuǎn)換效率的提高。
2.3 EMI濾波電感用高直流疊加低損耗FeSiAl磁粉芯
在光伏逆變器中，起消除直流和交流中高次諧波作用的磁性元件是濾波電感器。直流濾波電感器接在逆變器輸入端，要承受直流和交流疊加，工作電流大，電感也大[4]。傳統(tǒng)的鐵氧體材料由于受Snoek極限的限制，在高頻使用時(shí)，抗EMI能力下降，因此具有特殊軟磁性能的金屬磁粉芯材料成為制作光伏逆變器中EMI濾波電感的理想材料。
在各類金屬磁粉芯中，鐵硅鋁磁粉芯具有分布式氣隙、飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度大、寬恒磁導(dǎo)率、高居里溫度、溫度穩(wěn)定性好、在高頻下具有極低的損耗，幾近為零的磁致伸縮系數(shù)使其成為消除濾波電感器中的高頻噪聲的最佳選擇。針對光伏逆變器中的EMI濾波電感的性能要求，我們開發(fā)了高直流疊加低損耗FeSiAl磁粉芯。
圖4為我們開發(fā)的各種磁導(dǎo)率的鐵硅鋁磁粉芯的直流偏置特性。由圖可見，鐵硅鋁磁粉芯由于是分布式氣隙，具有軟飽和特性，隨著偏置電流的增加，磁導(dǎo)率緩慢下降；在相同的偏置電流下，隨磁導(dǎo)率下降，磁導(dǎo)率下降率越?。ㄖ绷髌锰匦栽胶茫?。通過粉末粒度、復(fù)合方法、鈍化工藝、熱處理氣氛等因素的研究，我們可以對FeSiAl磁粉芯的直流疊加特性進(jìn)行有效控制[5]。
圖5和圖6分別為26μ~40μ、60μ~125μ FeSiAl磁粉芯的功耗特性。由圖可見，26μ~40μ的功耗要比60μ~125μ鐵硅鋁磁粉芯的要低。FeSiAl磁粉芯磁導(dǎo)率越高，功率損耗越低，而直流疊加特性將變差，因而需要根據(jù)光伏逆變器中EMI濾波電感的具體要求選擇適當(dāng)?shù)拇艑?dǎo)率的FeSiAl磁粉芯來兼顧功率損耗和直流疊加特性的雙重要求。
