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行了研究，并推薦了開關和整流器件的較佳選擇。 光電逆變器的總體結構如圖1所示。有三種不同的逆變器可供選擇。 陽光照射在串聯的太陽能模塊上，每個模塊包含一組串聯的太陽能電池(solar cells)。 太陽能模塊產生的直流(DC)電壓約為幾百伏，具體值取決于模塊陣列的照明條件、電池溫度和串聯模塊的數量。 這種逆變器的主要功能是將輸入DC電壓轉換為穩定值 該功能由升壓轉換器實現，需要升壓開關和升壓二極管。 在*結構中，升壓級之后是隔離式全橋轉換器 全橋式變壓器的功能是提供隔離 輸出端的第二個全橋轉換器用于將DC轉換為*級全橋轉換器的交流電壓。 其輸出在通過額外的雙觸點繼電器開關連接到交流電網之前經過濾波，以便在發生故障時提供安全隔離，并在夜間與電網隔離。 第二種結構是非隔離方案 其中，交流交流電壓由升壓級輸出的直流電壓直接產生 第三種結構采用功率開關和功率二極管的創新拓撲，將升壓和交流發電部分的功能集成到專用拓撲中。 雖然太陽能電池板的轉換效率很低，但是使逆變器的效率盡可能接近100%是非常重要的 在德國，安裝在朝南屋頂的3kW系列模塊預計每年發電量為2550千瓦小時。 如果逆變器效率從95%提高到96%，每年可以產生25千瓦小時以上的功率。 使用額外的太陽能模塊產生25千瓦小時的成本相當于增加一個逆變器。 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。 對于新興設計，使用zui提高逆變器效率的成本效益是關鍵設計標準。 逆變器的可靠性和成本是另外兩個設計標準。 更高的效率可以減少負載循環中的溫度波動，從而提高可靠性。因此，這些標準實際上是相關的。 模塊的使用也提高了可靠性。 所有拓撲都需要快速開關電源開關。 升壓級和全橋轉換級需要快速轉換二極管 此外，針對低頻(100赫茲)轉換而優化的開關也適用于這些拓撲 對于任何特定的硅技術，針對快速開關優化的開關比針對低頻開關應用優化的開關具有更高的傳導損耗 二 升壓級的開關和二極管升壓級通常設計為連續電流模式轉換器 根據逆變器使用的陣列中太陽能模塊的數量，選擇是使用600伏還是1200伏設備。 功率開關的兩種選擇是場效應晶體管和IGBT。 一般來說，金屬氧化物半導體場效應晶體管可以在比IGBT更高的開關頻率下工作 此外，必須始終考慮體二極管的影響:升壓級沒有問題，因為體二極管在正常工作模式下不導通。 場效應晶體管的傳導損耗可以根據傳導阻抗RDS(開)來計算，傳導阻抗RDS(開)與給定場效應晶體管系列的有效管芯面積成比例。 當額定電壓從600伏變為1200伏時，場效應晶體管的導通損耗將大大增加。因此，即使額定RDS(開)相等，1200伏金屬氧化物半導體場效應晶體管也不可用或價格太高。 對于600伏額定升壓開關，可以使用超結金屬氧化物半導體場效應晶體管 對于高頻開關應用，該技術具有極佳的zui傳導損耗 目前，TO-247封裝中的導通電阻小于100毫歐的MOSFET和導通電阻小于50毫歐的MOSFET已上市 IGBT是需要1200伏電源開關的太陽能逆變器的合適選擇 先進的IGBT技術，如《不擴散條約》溝槽和《不擴散條約》場限，經過優化以減少傳導損耗，但代價是開關損耗更高，這使得它們不太適合高頻應用。 飛兆半導體(Fairchild Semiconductor)基于舊的NPT平面技術開發了器件FGL40N120AND，可以提高高開關頻率升壓電路的效率。它具有43uJ的EOFF，與使用更先進技術設備的80uJ和A相比，但很難獲得這樣的性能。 FGL40N120AND器件的缺點是飽和壓降VCE(SAT)(3.0V對125℃的2.1V)很高，但是它在高升壓開關頻率下的低開關損耗的優點足以彌補所有這些。 該器件還集成了反并聯二極管。 在正常升壓操作下，二極管不會導通 然而，在啟動或瞬態條件下，升壓電路可以被驅動到工作模式，此時反并聯二極管將導通 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，必須考慮反向恢復電流(或碳硅二極管的結電容)對升壓開關的影響，因為這會導致額外的損耗。 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VDD = " 390伏"、識別碼="8A "、di/dt = 200安和美國，且外殼溫度為100℃時，計算出的開關損耗低于FFP08S60S的參數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頻率下的效率。 三 在對橋接級和專用級進行開關和二極管濾波后，輸出電橋產生50Hz正弦電壓和電流信號 常見的實現方案是采用標準全橋結構(圖2) 在圖中，如果左上方和右下方開關打開，則在左端子和右端子之間施加正電壓。當右上和左下開關接通時，在左右端子之間施加負電壓 對于這種應用，在特定時間段內只有一個開關打開 一個開關可以切換到脈寬調制高頻，而另一個開關處于50Hz低頻 由于自舉電路取決于低端器件的轉換，低端器件切換到脈寬調制高頻，而器件切換到50Hz低頻。 該應用使用600伏電源開關，因此600伏超級結金屬氧化物半導體場效應晶體管非常適合這種高速開關器件。 由于開關開啟時，這些開關器件將接收來自其他器件的所有反向恢復電流，因此快速恢復600VFCH47N60F等超級結器件是理想選擇。 其導通電阻(RDS)為73毫歐，與其他類似的快速恢復裝置相比，其傳導損耗非常低。 當器件切換到50Hz時，不需要使用快速恢復特性。 這些器件具有出色的dv/dt和di/dt特性。比較標準的超結金屬氧化物半導體場效應晶體管可以提高系統的可靠性。 另一個值得探索的選擇是使用FGH30N60LSD設備。 這是一款30A/600 VIGGT，飽和電壓VCE僅為1.1V 它的關斷損耗EOFF非常高，高達10mJ，因此它只適用于低頻轉換。 50毫歐金屬氧化物半導體場效應晶體管在工作溫度下的導通阻抗為100毫歐 因此，在11A，VDS與IGBT的VCE相同 因為這個IGBT是基于舊的分解技術，VCE(衛星)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換技術切換到另一種專用拓撲也非常有用 IGBT在這里被用作拓撲交換機 傳統的快速恢復超級結器件用于更快的轉換 對于1200伏專用拓撲和全橋結構，上述FGL40N120AND非常適用于新型高頻太陽能逆變器的開關。 當特殊技術需要二極管時，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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