中低压MOS管在双向型逆变器上的应用

一、前言：

逆变器就是一种将低压(12或24伏或48伏)直流电（电池、蓄电瓶）转变为220伏交流电的电子设备。由于我们通常是将220伏交流电整流变成直流电来运用，而逆变器的作用与此相反，因此而得名。

在电力电子领域，逆变器作为将直流电转换为交流电的关键设备，广泛应用于太阳能发电、电动汽车、不间断电源(UPS)、储能等多个领域。逆变器的前级推挽输出结构，因其结构简单、效率高而备受青睐。其中，MOS管(金属氧化物半导体场效应晶体管)作为重要的功率开关元件。

二、中低压MOS管在逆变器上的工作原理：

由于MOS管具有开关控制特性，在逆变器前级所使用的中低压MOS管是通过控制栅极电压来调节电流的通断，从而实现直流电到交流电的转换。

中低压MOS管，作为一种场效应晶体管，其工作原理基于电场控制电流的概念。当栅极电压（VGS）为正时，会在栅极和硅衬底之间的SiO2绝缘层中产生电场，吸引电子在漏极和源极之间形成导电沟道，从而允许电流通过。通过调整栅极电压的大小，可以控制导电沟道的宽度，进而控制流过的电流大小。这种控制方式使得MOS管非常适合用于需要精细电流控制的场合，如逆变器中。

在双向型逆变器中，MOS管通过控制电路的控制，实现直流电到交流电的转换。

这一过程包括几个关键步骤：首先，通过全桥电路将低压直流电升压整流为高压直流电，接着，通过SPWM将高压直流电调制成正弦交流电。这个过程依赖于逆变电路、滤波电路以及控制电路的协同工作。

具体到中低压MOS管在双向型逆变器中的应用，它们主要位于逆变前级，通过控制MOS管的通断，实现从直流到交流的转换。这种转换对于家庭和工业用电设备来说至关重要，因为它允许使用直流电源来驱动需要交流电源的设备。

在储能逆变中，中低压MOS管用在逆变前级，MOS选型一般为电池电压的三倍以上，目前输出功率1-3KW的已普遍采用100V，TOLL封装的MOS。

三、双向型逆变器上MOS管该如何选型？

在双向型逆变器上选择MOS管时，需要考虑多个关键因素，以确保逆变器的性能、效率和可靠性。以下是一些关键的选型步骤和考虑因素：

1‌、确定N沟道或P沟道‌：根据电路设计的需求，选择N沟道或P沟道MOS管。在双向型逆变器中，这取决于具体的电路设计的需求。

‌2、额定电压‌：确定MOS管的最大工作电压（VDS），这个值应大于电路中的实际最高电压，并留有足够的电压余量以确保安全。额定电压应当大于干线电压或总线电压，一般会留出1.2~1.5倍的电压余量，以提供足够的保护，防止MOS管失效。

3‌、电流能力‌：根据电路中的最大预期电流选择MOS管。额定电流应是负载在满载情况下都能承受的最大电流。同时，还需要考虑脉冲尖峰电流，确保MOS管能够承受这些条件下短时的尖峰电流。

4、导通电阻（RDS(on)）‌：选择低RDS(on)的MOS管可以降低功率损耗并提高效率。

5. ‌开关性能‌：考虑MOS管的开关速度和相关的电容值，这对于高频应用尤为重要。需要选择具有快速开关特性的MOS管，以及考虑栅极/漏极、栅极/源极及漏极/源极电容，这些电容会影响MOS管的开关速度和效率。所以低Ciss参数的MOS更适合在逆变器上使用。

6. ‌封装与散热‌：根据电路板空间、散热需求和生产工艺选择合适的封装类型。封装尺寸和热性能会影响MOS管的安装和散热效果。同时，需要分析系统的散热需求，选择能够在这些条件下正常工作的MOS管。TOLL封装具有更好的散热性能、便利的贴装效果以及能适应更薄的结构性能要求而开始被各大厂家所使用。

7、温度范围‌：确保所选MOS管的工作温度范围符合系统的工作环境要求。

8、 ‌特殊应用考虑‌：对于低压应用（如使用5V或3V电源的场合），需要特别注意MOS管的开启电压是否符合要求。宽电压应用可能需要内置稳压管的MOS管来限制gate电压的幅值。

9、‌可靠性与质量‌：考虑制造商的声誉、器件的质量保证和长期稳定性。对于高可靠性应用，可能需要选择车规级或其他特定标准的MOS管。

10、成本与供货‌：在满足性能要求的前提下，考虑MOS管的成本以及供应商的交货期和供应稳定性。

通过上述步骤的综合考虑，可以选择适合双向型逆变器应用的MOS管，确保逆变器的性能、效率和可靠性满足设计要求。

四‌、思开半导体MOS在双向型逆变器应用上的选型推荐：

思开半导体针对逆变器上的这些应用要求，开发出了具有低Rds-on且同时低Ciss参数的TOLL封装SGT MOS产品（SS019N10LS,100V,305A,1.4‌mΩ），已被多家客户采用。性能稳定，深受客户一致好评。

相信思开半导体在往后能开发出更多具有极低导通电阻，低损耗，高雪崩耐量，高效率的、稳定高、性能可靠的、能覆盖更多的应用场景的产品系列。

审核编辑 黄宇