图

 1： HERIC 拓扑结构

　　
　　图

 2 ：三电平钳位二极管拓扑。

　　如图

1 所示，HERIC 逆变器的结构是在传统的单相逆变全桥基础上新增加了一对二极

管串联开关反并联作为输出。新增电路中的开关器件以工频周波速度开关，对于器件速度没
有特殊需求。在应用了适当的相位控制之后，这种电路能够更加有效地处理无功功率，从而
提高整个系统的效率。应当指出，这种拓扑结构现在仍然处于

Sunways 所获专利的有效期之

内，因而在欧洲的应用相对于亚洲和北美要广泛。
　　三电平二极管钳位逆变器是近来受到特别关注的一种新型太阳能逆变电路拓扑，它已
被成功地使用在高电压的集中式太阳能发电应用中。图

2 所示的三相三电平电路的每个桥臂

由

4 只带反并联二极管的开关串联而成，另外每相有一个二极管相臂跨接在主开关之间，

且其中点和直流母线的中性点直接连通。这个二极管相臂起电压钳位的作用以保证电路工作
时，每个主开关器件所受最大电压应力为母线电压的一半。由于这种特殊的拓扑结构，三电
平输出具有低次谐波小（交流输出更接近正弦），电磁噪声水平低，所需开关器件的电压
耐量低和级数可扩展等优点。在太阳能并网发电时，尤其适用于三相大功率高电压的场合。
此外，多电平电路对于系统成本的节约意义显著。体现在三个方面：首先，实践证明，高压
半导体开关器件的价格高于相同电流耐量一半电压耐量的低压器件的两倍，从而三电平电
路的器件成本更低；其次，输出电压的谐波小，所需的滤波器磁性元件尺寸大为减小，从
而降低了滤波设备成本；最后，由于开管数量的增多，即使在脉宽调制方式下，三电平的
部分主开关可以在低频下开关，就可以采用相对经济的开关器件。
 
　　电力电子器件的常用种类和选型原则
　　用于广义的太阳能逆变器（含输入直流斩波级）的功率半导体器件主要有

MOSFET，

 

IGBT， Super Junction MOSFET。其中 MOSFET 速度最快，但成本也最高。与此相对的
IGBT 则开关速度较慢，但具有较高的电流密度，从而价格便宜并适用于大电流的应用场合。
超结

MOSFET 介于两者之间，是一种性能价格折中的产品，在实际设计中被广为应用。概

括地说，选用哪类器件取决于成本，效率的要求并兼顾开关频率。如果要求硬开关在

100 千

赫以上，一般只有

MOSFET 能够胜任。在较低频段如 15 千赫，如没有特殊的效率要求，则

选择

IGBT。在此之间的频率，则取决于客户对转换效率和成本的具体要求。系统效率和成本

之间作为一对矛盾，设计工程师将根据其相应关系对照目标系统要求以确定最贴近系统要
求的元件型号。为了帮助设计人员量化的分析效率和器件成本之间的关系，表一罗列了三种
半导体开关器件的功率损耗和价格因素，为了便于比较，各参数均以

MOSFET 情况作归一

化处理。超结

MOSFET 工艺目前没有超过 900V 的器件。

　　
　　表

1 常用开关器件的性能与价格对照表 （所有数字以 MOSFET 情况归一化）

　　除去以上最典型的三类全控开关器件，业界还存在像碳化硅二极管和

ESBT？ 等基于

新材料和新工艺的产品。它们目前的价格还比较高，主要应用于对太阳能发电效率有特殊要
求的场合。但随着生产工艺的不断进步和器件单价的下降，这类器件也将逐步变为主流产品，
甚至替代上述的某一类器件。
　　工业界的最新产品
　　由于太阳能发电市场的庞大规模与发展潜力，世界各大半导体生产厂商都竞相推出自
己的产品追逐市场。近几年来，各种针对太阳能功率变换的新器件和新技术层出不穷。在如
火如荼的市场竞争中，美高森美（

microsemi）的太阳能系列产品以其先进工艺和应用技术

而独树一帜。