太陽能逆變器中的功率電子器件如何選擇

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

　　簡介

　　光伏系統的應用領域越來越廣泛。尤其是移動系統，不用花一分錢，就從太陽能中受益。同時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或分布電源的逆變器的能源效率，是這一技術取得成功的關鍵所在。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。功率調節器能夠使太陽能電池以最大效率工作。逆變器可產生饋入市電的交流電壓。請注意，圖1所示的電源網是一種可用于任何逆變器拓撲的虛設電路，外加一個市電變壓器和一個輸出濾波器，變壓器可阻止直流分量進入市電。

　　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個百分點。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生的電流紋波，該濾波器的大小和成本與逆變器開關頻率成反比。開關頻率越高，濾波器的尺寸越小、價格越便宜。但是，這種關系與硬轉換狀態下開關頻率和開關損耗之間的關系形成了折衷—— 開關頻率越高，損耗越大，因此效率就越低。從16kHz~20kHz的開關頻率，由于具備較低音頻噪聲和較高效率，可以滿足逆變器的要求。因此，功率電路還有待于進一步研究。

　　下文將比較適用于這兩級的幾種半導體技術的優勢。

　　用于DC/AC升壓變換器的功率半導體

　　DC/DC變換器是在100kHz或以上的開關頻率下狀態下運行的。變換器以連續模式運行，這意味著，升壓電感器內的電流在額定條件下會產生連續波形。當晶體管關閉時，二極管作為續流二極管使用時，晶體管可為電感器充電。這就是說，當晶體管再次打開時，二極管可以主動關閉。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）。