本文對這些逆變器中采用的功率電路進(jìn)行了考察，并推薦了針對開關(guān)和整流器件的最佳選擇。 太陽能逆變器(光電逆變器)的市場正在不斷增長。而這些逆變器需要極高的效率和可靠性。　  

　　光電逆變器的一般結(jié)構(gòu)如圖1所示，有三種不同的逆變器可供選擇。太陽光照射在通過串聯(lián)方式連接的太陽能模塊上，每一個(gè)模塊都包含了一組串聯(lián)的太陽能電池(太陽能電池)單元。太陽能模塊產(chǎn)生的直流(DC)電壓在幾百伏的數(shù)量級，具體數(shù)值根據(jù)模塊陣列的光照條件、電池的溫度及串聯(lián)模塊的數(shù)量而定。 

　　這類逆變器的首要功能是把輸入的直流電壓轉(zhuǎn)換為一穩(wěn)定的值。該功能通過升壓轉(zhuǎn)換器來實(shí)現(xiàn)，并需要升壓開關(guān)和升壓二極管。 

　　在第一種結(jié)構(gòu)中，升壓級之后是一個(gè)隔離的全橋變換器。全橋變壓器的作用是提供隔離。輸出上的第二個(gè)全橋變換器是用來從第一級的全橋變換器的直流直流變換成交流(AC)電壓。其輸出再經(jīng)由額外的雙觸點(diǎn)繼電器開關(guān)連接到交流電電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)之前被濾波，目的是在故障事件中提供安全隔離及在夜間與供電電網(wǎng)隔離。 

　　第二種結(jié)構(gòu)是非隔離方案。其中，交流電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)利用功率開關(guān)和功率二極管的創(chuàng)新型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，把升壓和交流電交流產(chǎn)生部分的功能整合在一個(gè)專用拓?fù)渲小?nbsp;

　　盡管太陽能電池板的轉(zhuǎn)換效率非常低，讓逆變器的效率盡可能接近100%卻非常重要。在德國，安裝在朝南屋頂上的3kW串聯(lián)模塊預(yù)計(jì)每年可發(fā)電2550 kWh。若逆變器效率從95%增加到96%，每年便可以多發(fā)電25kWh。而利用額外的太陽能模塊產(chǎn)生這25kWh的費(fèi)用與增加一個(gè)逆變器相當(dāng)。由于效率從95%提高到96%不會使到逆變器的成本加倍，故對更高效的逆變器進(jìn)行投資是必然的選擇。對新興設(shè)計(jì)而言，以最具成本效益地提高逆變器效率是關(guān)鍵的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。 

　　至于逆變器的可靠性和成本則是另外兩個(gè)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。更高的效率可以降低負(fù)載周期上的溫度波動，從而提高可靠性，因此，這些準(zhǔn)則實(shí)際上是相關(guān)聯(lián)的。模塊的使用也會提高可靠性。 

　　此外，專門為低頻(100Hz)轉(zhuǎn)換而優(yōu)化的開關(guān)對這些拓?fù)湟埠苡杏锰帯�對于任何特定的硅技術(shù)，針對快速轉(zhuǎn)換優(yōu)化的開關(guān)比針對低頻轉(zhuǎn)換應(yīng)用優(yōu)化的開關(guān)具有更高的導(dǎo)通損耗。 

　　2.用于升壓級的開關(guān)和二極管  

　　升壓級一般設(shè)計(jì)為連續(xù)電流模式轉(zhuǎn)換器。根據(jù)逆變器所采用的陣列中太陽能模塊的數(shù)量，來選者使用600V還是1200V的器件。

　　功率開關(guān)的兩個(gè)選擇是MOSFET和IGBT。一般而言，MOSFET比IGBT可以工作在更高的開關(guān)頻率下。此外，還必須始終考慮體二極管的影響：在升壓級的情況下并沒有什么問題，因?yàn)檎�常工作模式下體二極管不導(dǎo)通。MOSFET的導(dǎo)通損耗可根據(jù)導(dǎo)通阻抗RDS(ON)來計(jì)算，對于給定的MOSFET系列，這與有效裸片面積成比例關(guān)系。當(dāng)額定電壓從600V變化到1200V時(shí)，MOSFET的傳導(dǎo)損耗會大大增加，因此，即使額定RDS(ON)相當(dāng)，1200V的MOSFET也不可用或是價(jià)格太高。 

　　對于額定600V的升壓開關(guān)，可采用超結(jié)MOSFET。對高頻開關(guān)應(yīng)用，這種技術(shù)具有最佳的導(dǎo)通損耗。目前市面上有采用TO-220封裝、RDS(ON)值低于100毫歐的MOSFET和采用TO-247封裝、RDS(ON)值低于50毫歐的MOSFET。 

　　對于需要1200V功率開關(guān)的太陽能逆變器，IGBT是適當(dāng)?shù)倪x擇。較先進(jìn)的IGBT技術(shù)，比如NPT戰(zhàn)壕和NPT領(lǐng)域停止，都針對降低導(dǎo)通損耗做了優(yōu)化，但代價(jià)是較高的開關(guān)損耗，這使得它們不太適合于高頻下的升壓應(yīng)用。 

　　飛兆半導(dǎo)體在舊有NPT平面技術(shù)的基礎(chǔ)上開發(fā)了一種可以提高高開關(guān)頻率的升壓電路效率的器件FGL40N120AND，具有43uJ和的EOFF，比較采用更先進(jìn)技術(shù)器件的EOFF為80uJ和A，但要獲得這種性能卻非常困難。FGL40N120AND器件的缺點(diǎn)在于飽和壓降VCE(SAT)(3.0V相對于125oC的2.1V)較高，不過它在高升壓開關(guān)頻率下開關(guān)損耗很低的優(yōu)點(diǎn)已足以彌補(bǔ)這一切。該器件還集成了反并聯(lián)二極管。在正常升壓工作下，該二極管不會導(dǎo)通。然而，在啟動期間或瞬變情況下，升壓電路有可能被驅(qū)使進(jìn)入工作模式，這