太陽(yáng)能逆變器中的功率電子器件如何選擇

全球逆變器市場(chǎng)正在不斷壯大。該領(lǐng)域的制造商都在努力提高系統效率，以取得領(lǐng)先地位。逆變器系統的智能化設計和使用最先進(jìn)工藝的功率半導體，是實(shí)現高效率的關(guān)鍵所在。

　　簡(jiǎn)介

　　光伏系統的應用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛。尤其是移動(dòng)系統，不用花一分錢(qián)，就從太陽(yáng)能中受益。同時(shí)由于常規電能成本不斷攀升，對家庭應用具有很大的吸引力。電池本身和連接電池與公共電網(wǎng)或分布電源的逆變器的能源效率，是這一技術(shù)取得成功的關(guān)鍵所在。如今，最大輸出功率為5kW的高級逆變器擁有兩級拓撲。圖1顯示了此類(lèi)逆變器的多組配置。

每組都和自己的功率調節器相連，然后連接至共用直流母線(xiàn)。功率調節器能夠使太陽(yáng)能電池以最大效率工作。逆變器可產(chǎn)生饋入市電的交流電壓。請注意，圖1所示的電源網(wǎng)是一種可用于任何逆變器拓撲的虛設電路，外加一個(gè)市電變壓器和一個(gè)輸出濾波器，變壓器可阻止直流分量進(jìn)入市電。

　　但是，也有一些系統是不用變壓器的，這取決于逆變器銷(xiāo)售所在國家的法律背景。允許不采用變壓器的國家的目的是提高系統效率，因為變壓器導致效率下降1~2個(gè)百分點(diǎn)。另一方面，
逆變器必需避免直流分量, 要求電流小于5mA。雖然這很難做到，但是為了獲得更高的效率，我們還是成功地實(shí)現了。表1給出了每一級對系統損耗、系統尺寸和系統成本的貢獻值。

　很容易可以看出，變壓器是系統損耗和成本的主要貢獻者。然而，變壓器在許多國家是必須使用的，因此，它不在減小損耗的考慮范圍之內。輸出濾波器可減弱由輸出逆變器級產(chǎn)生的電流紋波，該濾波器的大小和成本與逆變器開(kāi)關(guān)頻率成反比。開(kāi)關(guān)頻率越高，濾波器的尺寸越小、價(jià)格越便宜。但是，這種關(guān)系與硬轉換狀態(tài)下開(kāi)關(guān)頻率和開(kāi)關(guān)損耗之間的關(guān)系形成了折衷—— 開(kāi)關(guān)頻率越高，損耗越大，因此效率就越低。從16kHz~20kHz的開(kāi)關(guān)頻率，由于具備較低音頻噪聲和較高效率，可以滿(mǎn)足逆變器的要求。因此，功率電路還有待于進(jìn)一步研究。

　　下文將比較適用于這兩級的幾種半導體技術(shù)的優(yōu)勢。

　　用于DC/AC升壓變換器的功率半導體

　　DC/DC變換器是在100kHz或以上的開(kāi)關(guān)頻率下?tīng)顟B(tài)下運行的。變換器以連續模式運行，這意味著(zhù)，升壓電感器內的電流在額定條件下會(huì )產(chǎn)生連續波形。當晶體管關(guān)閉時(shí)，二極管作為續流二極管使用時(shí)，晶體管可為電感器充電。這就是說(shuō)，當晶體管再次打開(kāi)時(shí)，二極管可以主動(dòng)關(guān)閉。下圖給出了常用硅二極管的典型反向恢復特性（圖2中的黑色和紅色曲線(xiàn)）。