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(lǐng)域的制造商都在努力提高系統(tǒng)效率，以取得領(lǐng)先地位。逆變器系統(tǒng)的智能化設(shè)計(jì)和使用最先進(jìn)工藝的功率半導(dǎo)體，是實(shí)現(xiàn)高效率的關(guān)鍵所在。

　　簡介

　　光伏系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛。尤其是移動(dòng)系統(tǒng)，不用花一分錢，就從太陽能中受益。同時(shí)由于常規(guī)電能成本不斷攀升，對(duì)家庭應(yīng)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(jí)逆變器擁有兩級(jí)拓?fù)?。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(diào)節(jié)器相連，然后連接至共用直流母線。功率調(diào)節(jié)器能夠使太陽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(qǐng)注意，圖1所示的電源網(wǎng)是一種可用于任何逆變器拓?fù)涞奶撛O(shè)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(tǒng)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(tǒng)效率，因?yàn)樽儔浩鲗?dǎo)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(xiàn)了。表1給出了每一級(jí)對(duì)系統(tǒng)損耗、系統(tǒng)尺寸和系統(tǒng)成本的貢獻(xiàn)值。

　很容易可以看出，變壓器是系統(tǒng)損耗和成本的主要貢獻(xiàn)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(nèi)。輸出濾波器可減弱由輸出逆變器級(jí)產(chǎn)生的電流紋波，該濾波器的大小和成本與逆變器開關(guān)頻率成反比。開關(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(zhuǎn)換狀態(tài)下開關(guān)頻率和開關(guān)損耗之間的關(guān)系形成了折衷—— 開關(guān)頻率越高，損耗越大，因此效率就越低。從16kHz~20kHz的開關(guān)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(jìn)一步研究。

　　下文將比較適用于這兩級(jí)的幾種半導(dǎo)體技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。

　　用于DC/AC升壓變換器的功率半導(dǎo)體

　　DC/DC變換器是在100kHz或以上的開關(guān)頻率下狀態(tài)下運(yùn)行的。變換器以連續(xù)模式運(yùn)行，這意味著，升壓電感器內(nèi)的電流在額定條件下會(huì)產(chǎn)生連續(xù)波形。當(dāng)晶體管關(guān)閉時(shí)，二極管作為續(xù)流二極管使用時(shí)，晶體管可為電感器充電。這就是說，當(dāng)晶體管再次打開時(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(fù)特性（圖2中的黑色和紅色曲線）。