太陽(yáng)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(wèn)題日益突出，太陽(yáng)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(guó)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(yáng)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(duì)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(duì)應(yīng)的
軟磁材料非常必要。
本文分別介紹了天通公司針對(duì)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(duì)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(lái)看，功率電感在其整個(gè)工作段內(nèi)紋波電流相對(duì)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(duì)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(lái)看，功率電感的損耗可能占到太陽(yáng)能逆變系統(tǒng)總損耗的20~40%，降低功率電感對(duì)應(yīng)鐵氧體材料的功率損耗非常必要。針對(duì)光伏逆變器中的功率電感的性能要求，我們開(kāi)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(duì)比。圖1為 TPB15材料與天通傳統(tǒng)的TP4材料的Bs-T曲線對(duì)比。由表可見(jiàn)，相對(duì)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(duì)比。由圖可見(jiàn)，相對(duì)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(guò)分布式氣隙和氣隙避讓技術(shù)來(lái)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(duì)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(duì)較小，特別適用于現(xiàn)在逐步流行的太陽(yáng)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(duì)光伏逆變器中的高頻隔離式變壓器的性能要求，我們開(kāi)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(duì)比。如表所示，TP5i材料的高頻損耗較小，相對(duì)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(guó)外合格產(chǎn)品Pcv-T特性對(duì)比。由圖可見(jiàn)，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(duì)于國(guó)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(yáng)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(duì)光伏逆變器中的EMI濾波電感的性能要求，我們開(kāi)發(fā)了高直流疊加低損耗FeSiAl磁粉芯。
圖4為我們開(kāi)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(jiàn)，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)率下降率越小（直流偏置特性越好）。通過(guò)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(duì)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(jiàn)，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(lái)兼顧功率損耗和直流疊加特性的雙重要求。
