储能逆变器辅助电源的防反二极管选型优化

储能逆变器辅助电源的防反二极管选型优化

徐宗瑞

上海正泰电源系统有限公司上海201620

摘要：光伏发电作为一种新兴可持续能源，在全球得到广泛的推广应用和发展。鉴于高集成度和小型化体积的趋势，储能逆变器辅助电源一般由直流和交流经由防反二极管并接在一起双路供电。防反二极管选取至关重要，本文将分析电源结构中防反二极管的耐压情况，并测试样机储能逆变器中电源的防反二极管的耐压波形，为二极管正确选取提供佐证，对电源和整个储能逆变器安全工作有积极的借鉴意义。

关键词：光伏；储能逆变器；防反二极管

中图分类号：TN86文献标志码：A

光伏发电是当前重要的新能源发电方式，其取之不尽用之不竭的可再生性、安全性和环保性，让光伏发电在全球得到广泛的推广和发展。储能逆变器作为新能源重要组成部分，更好的存储电能和削峰填谷等功能促进了快速飞跃的发展。直流侧一般接锂电池或铅酸电池，交流侧接入480V电网。储能逆变器的电源[1]至关重要。直流和交流双路供电的方式，使得防反二极管[2]的选取至关重要，直接关系到直流侧电池的正反接保护问题。

1二极管选型分析

半导体器件中，二极管有很多类型。不同的电路相对应选择的二极管也不同。而二极管的使用主要有三种：稳压二极管；整流二极管；发光二极管。对于稳压二极管，主要是起到稳定电压保护电路的作用，此类二极管的选型主要考虑稳定的电压值，和可承受电流和功率值等。对于整流二极管，主要把交流电整流成直流，此类二极管的选取主要是考虑击穿电压VB，正向电流IF，以及最高反向耐压VR等。发光二极管，主要是发光指示的作用，此类二极管选型主要考虑反向耐压VR以及正向电流IF等。

2储能逆变器防反二极管选型

2.1防反二极管选型

DC侧为电池，AC侧为交流电，VT为整流桥，C为稳压电容，R为负载。DC侧和交流侧通过二极管连接，双路给负载供电。二极管作用相当于整流二极管。假设直流侧电池电压为V1，交流侧电压为V2。经过整流桥后，AC侧电压为V2，当V1>V2时，负载R由直流侧电池供电，二极管D1和D3承受正向电压而导通，当V1<V2时，负载R由交流侧供电，二极管D2和D4承受正向电压而导通。所以只要直流侧或交流侧任一侧有电，都可以保证逆变器的电源正常工作。

若负载R功率为P，则二极管D1和D3导通时通过的电流为P/V1，二极管D2和D4导通时通过的电流为P/V2。取两者中最大值为电源工作时二极管的工作电流Io。考虑半导体器件的裕量和降额要求，则二极管D1、D2、D3、D4，一般选取其额定正向电流IF为1.2~1.5Io。

正常状态时，当D1和D3导通，二极管D2和D4则承受反压，最大即为直流侧电压V1，则正常情况下D2和D4将各承受V1/2的电压。当D2和D4导通，二极管D1和D3将承受反压，最大为交流侧电压峰值V2，则正常情况下，D1和D3将各承受V2/2的电压。而异常状态时，若直流侧电池失误反接，交流侧正常供电，则二极管D2和D4导通，D1和D3将共同承受（V1+V2）的反压。所以D1和D3将分别承受（V1+V2）/2的电压。考虑半导体器件的裕量和降额要求，则二极管D1、D2、D3、D4的反向耐压值VR选取1.2~1.5（V1+V2）/2。

2.2防反二极管选型优化

理想情况下，两个二极管串联承受反压时，将均分反压。要注意，实际二极管串联不能均压。主要两个方面：由于加工工艺的细微差别，造成同一批次同一型号的二极管的伏安特性并不一致，内阻不一致，反向恢复时间及开通状态也不能完全一致；外部电路的电路环境有差别，两个二极管周边的杂散电感和杂散电容不同[3]。从而造成二极管的不均压。

由于最恶劣情况下，二极管D1和D3将共同承受（V1+V2）的反压。而二极管串联不均压，则考虑最大反压时，二极管D1或D3则都存在单独承受（V1+V2）的反压的风险。再综合考虑留取裕量和降额要求，则二极管D1、D2、D3、D4最终的耐压需满足1.2（V1+V2）以上。

3储能样机电源防反二极管电压验证

对30KW储能样机，直流侧电池输出电压750V，交流侧输出电压480V，当直流侧电池反接时，测试二极管D1和D3承受的反压波形

黄色通道为二极管D1电压波形，绿色为D3电压波形，紫色和蓝色分别是二极管D2和D4波形，红色则是二极管D1和D3承受反压之和。看出，实际测量二极管D1和D3共同承受反压约1413V，而D1和D3分别承受约931V和488V。可知二极管D1和D3串联耐压并不均压。若按理想均压来选型，则选型反向耐压VR为1.2*1413/2=847.8V的二极管，而实际D1承受931V，则二极管必定被击穿。优化后，选型反向耐压VR为1.2*1413=1695.6V的二极管。明显大于931V实际耐压，满足设计要求，保证了直流侧反接时辅助电源的安全性。

4结语

储能逆变器辅助电源的防反二极管的正确选型保证了逆变器安全工作。本文分析防反二极管的正确选型。并实际测量样机防反二极管的耐压波形，验证了防反二极管串联不均压，凸显了二极管反向耐压VR选型优化的重要性。对于储能逆变器及其他双路供电时防反二极管的选型以及逆变器电源的正常工作有着积极借鉴意义。

参考文献：

[1]刘贤兴.新型智能开关电源技术[M].北京：机械工业出版社，2003.

[2]刘胥和.外置防反二极管光伏防雷汇流箱的研究[J].科技创业家，2013，（18）：131.

[3]王兆安，刘进军.电力电子技术[M].第五版.北京：机械工业出版社，2009.

作者简介：徐宗瑞，1990-5，男，汉，电子工程师，研究方向：电力电子控制。