由于對可再生能源的需求，太陽能逆變器(光伏逆變器)市場持續(xù)增長。 然而，這些逆變器需要極高的效率和可靠性。 本文對這些逆變器中使用的電源電路進(jìn)行了研究，并推薦了開關(guān)和整流器件的較佳選擇。 光電逆變器的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。有三種不同的逆變器可供選擇。 陽光照射在串聯(lián)的太陽能模塊上，每個模塊包含一組串聯(lián)的太陽能電池(solar cells)。 太陽能模塊產(chǎn)生的直流(DC)電壓約為幾百伏，具體值取決于模塊陣列的照明條件、電池溫度和串聯(lián)模塊的數(shù)量。 這種逆變器的主要功能是將輸入DC電壓轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定值 該功能由升壓轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)，需要升壓開關(guān)和升壓二極管。 在*結(jié)構(gòu)中，升壓級之后是隔離式全橋轉(zhuǎn)換器 全橋式變壓器的功能是提供隔離 輸出端的第二個全橋轉(zhuǎn)換器用于將DC轉(zhuǎn)換為*級全橋轉(zhuǎn)換器的交流電壓。 其輸出在通過額外的雙觸點(diǎn)繼電器開關(guān)連接到交流電網(wǎng)之前經(jīng)過濾波，以便在發(fā)生故障時提供安全隔離，并在夜間與電網(wǎng)隔離。 第二種結(jié)構(gòu)是非隔離方案 其中，交流交流電壓由升壓級輸出的直流電壓直接產(chǎn)生 第三種結(jié)構(gòu)采用功率開關(guān)和功率二極管的創(chuàng)新拓?fù)洌瑢⑸龎汉徒涣靼l(fā)電部分的功能集成到專用拓?fù)渲小? 雖然太陽能電池板的轉(zhuǎn)換效率很低，但是使逆變器的效率盡可能接近100%是非常重要的 在德國，安裝在朝南屋頂?shù)?kW系列模塊預(yù)計(jì)每年發(fā)電量為2550千瓦小時。 如果逆變器效率從95%提高到96%，每年可以產(chǎn)生25千瓦小時以上的功率。 使用額外的太陽能模塊產(chǎn)生25千瓦小時的成本相當(dāng)于增加一個逆變器。 由于將效率從95%提高到96%不會使逆變器的成本增加一倍，因此投資更多逆變器是必然的選擇。 對于新興設(shè)計(jì)，使用zui提高逆變器效率的成本效益是關(guān)鍵設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。 逆變器的可靠性和成本是另外兩個設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。 更高的效率可以減少負(fù)載循環(huán)中的溫度波動，從而提高可靠性。因此，這些標(biāo)準(zhǔn)實(shí)際上是相關(guān)的。 模塊的使用也提高了可靠性。 所有拓?fù)涠夹枰焖匍_關(guān)電源開關(guān)。 升壓級和全橋轉(zhuǎn)換級需要快速轉(zhuǎn)換二極管 此外，針對低頻(100赫茲)轉(zhuǎn)換而優(yōu)化的開關(guān)也適用于這些拓?fù)? 對于任何特定的硅技術(shù)，針對快速開關(guān)優(yōu)化的開關(guān)比針對低頻開關(guān)應(yīng)用優(yōu)化的開關(guān)具有更高的傳導(dǎo)損耗 二 升壓級的開關(guān)和二極管升壓級通常設(shè)計(jì)為連續(xù)電流模式轉(zhuǎn)換器 根據(jù)逆變器使用的陣列中太陽能模塊的數(shù)量，選擇是使用600伏還是1200伏設(shè)備。 功率開關(guān)的兩種選擇是場效應(yīng)晶體管和IGBT。 一般來說，金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管可以在比IGBT更高的開關(guān)頻率下工作 此外，必須始終考慮體二極管的影響:升壓級沒有問題，因?yàn)轶w二極管在正常工作模式下不導(dǎo)通。 場效應(yīng)晶體管的傳導(dǎo)損耗可以根據(jù)傳導(dǎo)阻抗RDS(開)來計(jì)算，傳導(dǎo)阻抗RDS(開)與給定場效應(yīng)晶體管系列的有效管芯面積成比例。 當(dāng)額定電壓從600伏變?yōu)?200伏時，場效應(yīng)晶體管的導(dǎo)通損耗將大大增加。因此，即使額定RDS(開)相等，1200伏金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管也不可用或價格太高。 對于600伏額定升壓開關(guān)，可以使用超結(jié)金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管 對于高頻開關(guān)應(yīng)用，該技術(shù)具有極佳的zui傳導(dǎo)損耗 目前，TO-247封裝中的導(dǎo)通電阻小于100毫歐的MOSFET和導(dǎo)通電阻小于50毫歐的MOSFET已上市 IGBT是需要1200伏電源開關(guān)的太陽能逆變器的合適選擇 先進(jìn)的IGBT技術(shù)，如《不擴(kuò)散條約》溝槽和《不擴(kuò)散條約》場限，經(jīng)過優(yōu)化以減少傳導(dǎo)損耗，但代價是開關(guān)損耗更高，這使得它們不太適合高頻應(yīng)用。 飛兆半導(dǎo)體(Fairchild Semiconductor)基于舊的NPT平面技術(shù)開發(fā)了器件FGL40N120AND，可以提高高開關(guān)頻率升壓電路的效率。它具有43uJ的EOFF，與使用更先進(jìn)技術(shù)設(shè)備的80uJ和A相比，但很難獲得這樣的性能。 FGL40N120AND器件的缺點(diǎn)是飽和壓降VCE(SAT)(3.0V對125℃的2.1V)很高，但是它在高升壓開關(guān)頻率下的低開關(guān)損耗的優(yōu)點(diǎn)足以彌補(bǔ)所有這些。 該器件還集成了反并聯(lián)二極管。 在正常升壓操作下，二極管不會導(dǎo)通 然而，在啟動或瞬態(tài)條件下，升壓電路可以被驅(qū)動到工作模式，此時反并聯(lián)二極管將導(dǎo)通 由于IGBT本身沒有本征體二極管，因此需要這種共封裝二極管來確保可靠的工作。 升壓二極管需要秘密操作嗎？或者快速恢復(fù)二極管，例如碳硅二極管 碳硅二極管具有非常低的直流電壓和損耗 然而，他們的價格目前非常高。 選擇升壓二極管時，必須考慮反向恢復(fù)電流(或碳硅二極管的結(jié)電容)對升壓開關(guān)的影響，因?yàn)檫@會導(dǎo)致額外的損耗。 這里，新推出的秘密行動二二極管FFP08S60S可以提供更高的性能。 當(dāng)VDD = " 390伏"、識別碼="8A "、di/dt = 200安和美國，且外殼溫度為100℃時，計(jì)算出的開關(guān)損耗低于FFP08S60S的參數(shù)205mJ 使用ISL9R860P2保密動作二極管，該值為225mJ。 因此，這也提高了逆變器在高開關(guān)頻率下的效率。 三 在對橋接級和專用級進(jìn)行開關(guān)和二極管濾波后，輸出電橋產(chǎn)生50Hz正弦電壓和電流信號 常見的實(shí)現(xiàn)方案是采用標(biāo)準(zhǔn)全橋結(jié)構(gòu)(圖2) 在圖中，如果左上方和右下方開關(guān)打開，則在左端子和右端子之間施加正電壓。當(dāng)右上和左下開關(guān)接通時，在左右端子之間施加負(fù)電壓 對于這種應(yīng)用，在特定時間段內(nèi)只有一個開關(guān)打開 一個開關(guān)可以切換到脈寬調(diào)制高頻，而另一個開關(guān)處于50Hz低頻 由于自舉電路取決于低端器件的轉(zhuǎn)換，低端器件切換到脈寬調(diào)制高頻，而器件切換到50Hz低頻。 該應(yīng)用使用600伏電源開關(guān)，因此600伏超級結(jié)金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管非常適合這種高速開關(guān)器件。 由于開關(guān)開啟時，這些開關(guān)器件將接收來自其他器件的所有反向恢復(fù)電流，因此快速恢復(fù)600VFCH47N60F等超級結(jié)器件是理想選擇。 其導(dǎo)通電阻(RDS)為73毫歐，與其他類似的快速恢復(fù)裝置相比，其傳導(dǎo)損耗非常低。 當(dāng)器件切換到50Hz時，不需要使用快速恢復(fù)特性。 這些器件具有出色的dv/dt和di/dt特性。比較標(biāo)準(zhǔn)的超結(jié)金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管可以提高系統(tǒng)的可靠性。 另一個值得探索的選擇是使用FGH30N60LSD設(shè)備。 這是一款30A/600 VIGGT，飽和電壓VCE僅為1.1V 它的關(guān)斷損耗EOFF非常高，高達(dá)10mJ，因此它只適用于低頻轉(zhuǎn)換。 50毫歐金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管在工作溫度下的導(dǎo)通阻抗為100毫歐 因此，在11A，VDS與IGBT的VCE相同 因?yàn)檫@個IGBT是基于舊的分解技術(shù)，VCE(衛(wèi)星)隨溫度變化很小。 因此，這種IGBT可以降低輸出電橋的整體損耗，從而提高逆變器的整體效率。 FGH 30 N 60 LSD IGBT每半個周期從一種功率轉(zhuǎn)換技術(shù)切換到另一種專用拓?fù)湟卜浅Ｓ杏? IGBT在這里被用作拓?fù)浣粨Q機(jī) 傳統(tǒng)的快速恢復(fù)超級結(jié)器件用于更快的轉(zhuǎn)換 對于1200伏專用拓?fù)浜腿珮蚪Y(jié)構(gòu)，上述FGL40N120AND非常適用于新型高頻太陽能逆變器的開關(guān)。 當(dāng)特殊技術(shù)需要二極管時，隱蔽操作二、超像散二極管和碳硅二極管是很好的解決方案。

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