采用 IGBT 的 500W 太阳能逆变器设计
在全球的绿色能源发展趋势下,越来越多的家用电器、照明设备、电动工具、不间断电源系统
(UPS)以及其它工业设备开始采用太阳能供电,将太阳能量转换为所需的交流(AC)或直流
(DC)电压。
为高效率地产生这些设备所需的电压和电流,电源逆变器需要正确地组合控制器、驱动器和
输出功率器件。本文讨论的这款直流到交流逆变器设计,专门针对
500W 功率、120V 和
60Hz 频率的单相正弦波输出进行了优化。这个设计的 200V 直流输入可以由与太阳能阵列电
池板相连的
DC/DC 电压转换器产生。
针对这类应用有各种先进的功率器件可以使用,比如
MOSFET、双极结晶体管(BJT)和
IGBT。然而,为取得最佳的转换效率和性能,为这种太阳能逆变器选择正确的功率晶体管
极具挑战性,而且非常耗时。
多年来的研究表明,
IGBT 可以比其它功率器件提供更多的优势,其中包括更强的电流处理
能力、用电压
(而不是电流)方便地实现栅极控制,以及在封装内集成超快速恢复二极管实现
更快的关断时间。
IGBT 是一种少数载流子器件,它的关断时间取决于少数载流子重新组合的速度,因此,随
着最近工艺技术和器件结构的改进,它的开关特性已得到显著增强。另外,
IGBT 具有超高
导通性能和较宽的安全工作区
(SOA),工作非常稳定。基于这些基本优势,本文介绍的这个
电源逆变器选用
IGBT 作为功率开关。
由于电源逆变器一般采用全桥拓扑,因此这个太阳能逆变器设计采用了
4 个高压 IGBT(图
1)。晶体管 Q1 和 Q2 用作高压端 IGBT,Q3 和 Q4 用作低压端功率器件。为保持低的总功率