飞兆高功率逆变器设计方案

关键字：飞兆

 高功率 逆变器 

I 引言和摘要
由于对可再生能源的需求，太阳能逆变器

 (光电逆变器)的市场正在不断增长。 而这些逆变

器需要极高的效率和可靠性。

 本文对这些逆变器中采用的功率电路进行了考察， 并推荐了

针对开关和整流器件的最佳选择。
光电逆变器的一般结构如图

1 所示， 有三种不同的逆变器可供选择。 太阳光照射在通过串

联方式连接的太阳能模块上，

 每一个模块都包含了一组串联的太阳能电池(太阳能电池)单

元。

 太阳能模块产生的直流(DC)电压在几百伏的数量级， 具体数值根据模块阵列的光照条

件、

 电池的温度及串联模块的数量而定。

这类逆变器的首要功能是把输入的直流电压转换为一稳定的值。

 该功能通过升压转换器来

实现，

 并需要升压开关和升压二极管。

在第一种结构中，升压级之后是一个隔离的全桥变换器。全桥变压器的作用是提供隔离。输
出上的第二个全桥变换器是用来从第一级的全桥变换器的直流直流变换成交流

(AC)电压。

 

其输出再经由额外的双触点继电器开关连接到交流电电网网络之前被滤波，

 目的是在故障

事件中提供安全隔离及在夜间与供电电网隔离。
第二种结构是非隔离方案。其中，交流电交流电压由升压级输出的直流电压直接产

 生。

第三种结构利用功率开关和功率二极管的创新型拓扑结构，把升压和交流电交流产生部分
的功能整合在一个专用拓扑中。

尽管太阳能电池板的转换效率非常低，让逆变器的效率尽可能接近

100% 却非常重要。 在德

国，

 安装在朝南屋顶上的 3kW 串联模块预计每年可发电 2550 kWh。若逆变器效率从 95% 

增加到

 96%，每年便可以多发电 25kWh。而利用额外的太阳能模块产生这 25kWh 的费用与

增加一个逆变器相当。

 由于效率从 95% 提高到 96% 不会使到逆变器的成本加倍， 故对更

高效的逆变器进行投资是必然的选择。

 对新兴设计而言， 以最具成本效益地提高逆变器效

率是关键的设计准则。
至于逆变器的可靠性和成本则是另外两个设计准则。更高的效率可以降低负载周期上的温度
波动，从而提高可靠性，因此，这些准则实际上是相关联的。模块的使用也会提高可靠性。
图

1 所示的所有拓扑都需要快速转换的功率开关。 升压级和全桥变换级需要快速转换二极

管。

 此外， 专门为低频(100Hz)转换而优化的开关对这些拓扑也很有用处。 对于任何特定的

硅技术，

 针对快速转换优化的开关比针对低频转换应用优化的开关具有更高的导通损耗。

II 用于升压级的开关和二极管
升压级一般设计为连续电流模式转换器。根据逆变器所采用的阵列中太阳能模块的数量，来
选者使用

600V 还是 1200V 的器件。

功率开关的两个选择是

MOSFET 和 IGBT。一般而言，MOSFET 比 IGBT 可以工作在更高的

开关频率下。

 此外， 还必须始终考虑体二极管的影响： 在升压级的情况下并没有什么问题

 因为正常工作模式下体二极管不导通。 MOSFET 的导通损耗可根据导通阻抗 RDS(ON)来计