如何选择太阳能逆变器中的功率电子器件

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如何选择太阳能逆变器中的功率电子器件

全球逆变器市场正在不断壮大。该领域的制造商都在努力提高系统效率,以取得领先地位。逆变器系统的智能化设计和使用最先进工艺的功率半导体,是实现高效率的关键所在。

  简介

  光伏系统的应用领域越来越广泛。尤其是移动系统,不用花一分钱,就从太阳能中受益。同时由于常规电能成本不断攀升,对家庭应用具有很大的吸引力。电池本身和连接电池与公共电网或分布电源的逆变器的能源效率,是这一技术取得成功的关键所在。如今,最大输出功率为5kW的高级逆变器拥有两级拓扑。图1显示了此类逆变器的多组配置。
 

太阳能逆变器的多组配置

    每组都和自己的功率调节器相连,然后连接至共用直流母线。功率调节器能够使太阳能电池以最大效率工作。逆变器可产生馈入市电的交流电压。请注意,图1所示的电源网是一种可用于任何逆变器拓扑的虚设电路,外加一个市电变压器和一个输出滤波器,变压器可阻止直流分量进入市电。

  但是,也有一些系统是不用变压器的,这取决于逆变器销售所在国家的法律背景。允许不采用变压器的国家的目的是提高系统效率,因为变压器导致效率下降1~2个百分点。另一方面,
逆变器必需避免直流分量, 要求电流小于5mA。虽然这很难做到,但是为了获得更高的效率,我们还是成功地实现了。表1给出了每一级对系统损耗、系统尺寸和系统成本的贡献值。每一级对系统损耗、系统尺寸和系统成本的贡献值

 很容易可以看出,变压器是系统损耗和成本的主要贡献者。然而,变压器在许多国家是必须使用的,因此,它不在减小损耗的考虑范围之内。输出滤波器可减弱由输出逆变器级产生的电流纹波,该滤波器的大小和成本与逆变器开关频率成反比。开关频率越高,滤波器的尺寸越小、价格越便宜。但是,这种关系与硬转换状态下开关频率和开关损耗之间的关系形成了折衷—— 开关频率越高,损耗越大,因此效率就越低。从16kHz~20kHz的开关频率,由于具备较低音频噪声和较高效率,可以满足逆变器的要求。因此,功率电路还有待于进一步研究。

  下文将比较适用于这两级的几种半导体技术的优势。

  用于DC/AC升压变换器的功率半导体

  DC/DC变换器是在100kHz或以上的开关频率下状态下运行的。变换器以连续模式运行,这意味着,升压电感器内的电流在额定条件下会产生连续波形。当晶体管关闭时,二极管作为续流二极管使用时,晶体管可为电感器充电。这就是说,当晶体管再次打开时,二极管可以主动关闭。下图给出了常用硅二极管的典型反向恢复特性(图2中的黑色和红色曲线)。
 

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