由于對可再生能源的需求，太陽(yáng)能逆變器(光伏逆變器)市場(chǎng)持續增長(cháng)。 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(jìn)行了研究，并推薦了開(kāi)關(guān)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(yáng)光照射在串聯(lián)的太陽(yáng)能模塊上，每個(gè)模塊包含一組串聯(lián)的太陽(yáng)能電池(solar cells)。 太陽(yáng)能模塊產(chǎn)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(lián)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(shí)現，需要升壓開(kāi)關(guān)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(gè)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(guò)額外的雙觸點(diǎn)繼電器開(kāi)關(guān)連接到交流電網(wǎng)之前經(jīng)過(guò)濾波，以便在發(fā)生故障時(shí)提供安全隔離，并在夜間與電網(wǎng)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(chǎn)生 第三種結構采用功率開(kāi)關(guān)和功率二極管的創(chuàng )新拓撲，將升壓和交流發(fā)電部分的功能集成到專(zhuān)用拓撲中。 雖然太陽(yáng)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(fā)電量為2550千瓦小時(shí)。 如果逆變器效率從95%提高到96%，每年可以產(chǎn)生25千瓦小時(shí)以上的功率。 使用額外的太陽(yáng)能模塊產(chǎn)生25千瓦小時(shí)的成本相當于增加一個(gè)逆變器。 由于將效率從95%提高到96%不會(huì )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(guān)鍵設計標準。 逆變器的可靠性和成本是另外兩個(gè)設計標準。 更高的效率可以減少負載循環(huán)中的溫度波動(dòng)，從而提高可靠性。因此，這些標準實(shí)際上是相關(guān)的。 模塊的使用也提高了可靠性。 所有拓撲都需要快速開(kāi)關(guān)電源開(kāi)關(guān)。 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(yōu)化的開(kāi)關(guān)也適用于這些拓撲 對于任何特定的硅技術(shù)，針對快速開(kāi)關(guān)優(yōu)化的開(kāi)關(guān)比針對低頻開(kāi)關(guān)應用優(yōu)化的開(kāi)關(guān)具有更高的傳導損耗 二 升壓級的開(kāi)關(guān)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(yáng)能模塊的數量，選擇是使用600伏還是1200伏設備。 功率開(kāi)關(guān)的兩種選擇是場(chǎng)效應晶體管和IGBT。 一般來(lái)說(shuō)，金屬氧化物半導體場(chǎng)效應晶體管可以在比IGBT更高的開(kāi)關(guān)頻率下工作 此外，必須始終考慮體二極管的影響:升壓級沒(méi)有問(wèn)題，因為體二極管在正常工作模式下不導通。 場(chǎng)效應晶體管的傳導損耗可以根據傳導阻抗RDS(開(kāi))來(lái)計算，傳導阻抗RDS(開(kāi))與給定場(chǎng)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?yōu)?200伏時(shí)，場(chǎng)效應晶體管的導通損耗將大大增加。因此，即使額定RDS(開(kāi))相等，1200伏金屬氧化物半導體場(chǎng)效應晶體管也不可用或價(jià)格太高。 對于600伏額定升壓開(kāi)關(guān)，可以使用超結金屬氧化物半導體場(chǎng)效應晶體管 對于高頻開(kāi)關(guān)應用，該技術(shù)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(kāi)關(guān)的太陽(yáng)能逆變器的合適選擇 先進(jìn)的IGBT技術(shù)，如《不擴散條約》溝槽和《不擴散條約》場(chǎng)限，經(jīng)過(guò)優(yōu)化以減少傳導損耗，但代價(jià)是開(kāi)關(guān)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(shù)開(kāi)發(fā)了器件FGL40N120AND，可以提高高開(kāi)關(guān)頻率升壓電路的效率。它具有43uJ的EOFF，與使用更先進(jìn)技術(shù)設備的80uJ和A相比，但很難獲得這樣的性能。 FGL40N120AND器件的缺點(diǎn)是飽和壓降VCE(SAT)(3.0V對125℃的2.1V)很高，但是它在高升壓開(kāi)關(guān)頻率下的低開(kāi)關(guān)損耗的優(yōu)點(diǎn)足以彌補所有這些。 該器件還集成了反并聯(lián)二極管。 在正常升壓操作下，二極管不會(huì )導通 然而，在啟動(dòng)或瞬態(tài)條件下，升壓電路可以被驅動(dòng)到工作模式，此時(shí)反并聯(lián)二極管將導通 由于IGBT本身沒(méi)有本征體二極管，因此需要這種共封裝二極管來(lái)確?？煽康墓ぷ?。 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(jià)格目前非常高。 選擇升壓二極管時(shí)，必須考慮反向恢復電流(或碳硅二極管的結電容)對升壓開(kāi)關(guān)的影響，因為這會(huì )導致額外的損耗。 這里，新推出的秘密行動(dòng)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(shí)，計算出的開(kāi)關(guān)損耗低于FFP08S60S的參數205mJ 使用ISL9R860P2保密動(dòng)作二極管，該值為225mJ。 因此，這也提高了逆變器在高開(kāi)關(guān)頻率下的效率。 三 在對橋接級和專(zhuān)用級進(jìn)行開(kāi)關(guān)和二極管濾波后，輸出電橋產(chǎn)生50Hz正弦電壓和電流信號 常見(jiàn)的實(shí)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(kāi)關(guān)打開(kāi)，則在左端子和右端子之間施加正電壓。當右上和左下開(kāi)關(guān)接通時(shí)，在左右端子之間施加負電壓 對于這種應用，在特定時(shí)間段內只有一個(gè)開(kāi)關(guān)打開(kāi) 一個(gè)開(kāi)關(guān)可以切換到脈寬調制高頻，而另一個(gè)開(kāi)關(guān)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(kāi)關(guān)，因此600伏超級結金屬氧化物半導體場(chǎng)效應晶體管非常適合這種高速開(kāi)關(guān)器件。 由于開(kāi)關(guān)開(kāi)啟時(shí)，這些開(kāi)關(guān)器件將接收來(lái)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(lèi)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(shí)，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(chǎng)效應晶體管可以提高系統的可靠性。 另一個(gè)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(guān)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(chǎng)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(gè)IGBT是基于舊的分解技術(shù)，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(gè)周期從一種功率轉換技術(shù)切換到另一種專(zhuān)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(zhuān)用拓撲和全橋結構，上述FGL40N120AND非常適用于新型高頻太陽(yáng)能逆變器的開(kāi)關(guān)。 當特殊技術(shù)需要二極管時(shí)，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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