太陽(yáng)能中根據逆變拓撲進(jìn)行IGBT選擇

在綠色能源快速發(fā)展的當下，太陽(yáng)能發(fā)電對于人們來(lái)說(shuō)已經(jīng)不是什么新鮮事物。在太陽(yáng)能逆變電源的角度來(lái)說(shuō)，想要獲得更多的效率，IGBT就是必不可少的重要器件。使用IGBT能夠為太陽(yáng)能逆變器帶來(lái)更大的收益。在以下的內容中，小編就將為大家介紹采用全橋逆變拓撲，來(lái)對IGBT進(jìn)行選擇的方法。

從嚴格的意義上來(lái)說(shuō)，太陽(yáng)能逆變器屬于一種功率類(lèi)的電子電路，太陽(yáng)能逆變器是一種功率電子電路，能把太陽(yáng)能電池板的直流電壓轉換為交流電壓來(lái)驅動(dòng)家用電器、照明及電機工具等交流負載。如圖1所示，太陽(yáng)能逆變器的典型架構一般采用四個(gè)開(kāi)關(guān)的全橋拓撲。

再在圖1中，Q1和Q3被指定為高壓側IGBT，Q2和Q4則是低壓側IGBT。該逆變器用于在其目標市場(chǎng)的頻率和電壓條件下，產(chǎn)生單相位正弦電壓波形。有些逆變器用于連接凈計量效益電網(wǎng)的住宅安裝，這就是其中一個(gè)目標應用市場(chǎng)，此項應用要求逆變器提供低諧波交流正弦電壓，讓電力可注入電網(wǎng)中。

為滿(mǎn)足這個(gè)要求，IGBT可在20kHz或以上頻率的情況下，對50Hz或60Hz的頻率進(jìn)行脈寬調制，因此輸出電感器L1和L2便可以保持合理的小巧體積，并能有效抑制諧波。此外，由于其轉換頻率高出人類(lèi)的正常聽(tīng)覺(jué)頻譜，因此該設計也可盡量減少逆變器產(chǎn)生的可聽(tīng)噪聲。

脈寬調制這些IGBT的最佳方法是什么?怎樣才能把功耗降到最低呢?方法之一是僅對高壓側IGBT進(jìn)行脈寬調制，對應的低壓側IGBT以50Hz或60Hz換相。圖2所示為一個(gè)典型的柵壓信號。當Q1正進(jìn)行脈寬調制時(shí)，Q4維持正半周期操作。Q2和Q3在正半周期保持關(guān)斷。到了負半周期，當Q3進(jìn)行脈寬調制時(shí)，Q2保持開(kāi)啟狀態(tài)。Q1和Q4會(huì )在負半周期關(guān)斷。圖2也顯示了通過(guò)輸出濾波電容器C1的AC正弦電壓波形。

此變換技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)電流不會(huì )在高壓側反并二極管上自由流動(dòng)，因此可把不必要的損耗低至最低。

(2)低壓側IGBT只會(huì )在50Hz或60Hz工頻進(jìn)行切換，主要是導通損耗。

(3)由于同一相上的IGBT絕對不會(huì )以互補的方式進(jìn)行轉換，所以不可能出現總線(xiàn)短路擊穿情況。

(4)可優(yōu)化低壓側IGBT的反并聯(lián)二極管，以盡量減低續流和反向恢復導致的損耗。

IGBT技術(shù)

IGBT基本上是具備金屬門(mén)氧化物門(mén)結構的$雙極型晶體管(BJT)。這種設計讓IGBT的柵極可以像MOSFET一樣，以電壓代替電流來(lái)控制開(kāi)關(guān)。作為一種BJT，IGBT的電流處理能力比MOSFET更高。同時(shí)，IGBT亦如BJT一樣是一種少數載體元件。這意味著(zhù)IGBT關(guān)閉的速度是由少數載體復合的速度快慢來(lái)決定。此外，IGBT的關(guān)閉時(shí)間與它的集極-射極飽和電壓(Vce(on))成反比(如圖3所示)。

以圖3為例，若IGBT擁有相同的體積和技術(shù)，一個(gè)超速I(mǎi)GBT比一個(gè)標準速度的IGBT擁有更高的Vce(on)。然而，超速I(mǎi)GBT的關(guān)閉速度卻比標準IGBT快得多。圖3反映的這種關(guān)系，是通過(guò)控制IGBT的少數載體復合率的使用周期以影響關(guān)閉時(shí)間來(lái)實(shí)現的。

通過(guò)上文的介紹，相信大家對于IGBT在太陽(yáng)能逆變中的作用有了一定的了解。本文采用圖文結合的方式，為大家從反方向整理出了利用全橋逆變拓撲來(lái)反推IGBT，從而進(jìn)行選擇的方法。對于太陽(yáng)能比較感興趣的朋友可以花上幾分鐘來(lái)閱讀本文，相信會(huì )有意想不到的收獲。