近年來光伏發(fā)電在各國的普及和應用取得可觀的進展。作為電能轉換的關鍵環(huán)節(jié)，電力電子變換器對于光伏系統(tǒng)的整體性能與可靠性占有舉足輕重的地位。電力電子的設計對于太陽能發(fā)電系統(tǒng)的整體效能具有舉足輕重的地位。最高的轉換效率永遠是系統(tǒng)設計工程師考慮的首要因素。由于光電轉換板的效率很低，通常不超過百分之二十，因此太陽能逆變器的轉換效率對于減小太陽能板總面積和系統(tǒng)總體積就至關重要。除此之外，在電能轉換過程的功率損耗直接導致了半導體晶圓的溫度升高，所以要通過散熱器有效耗散這部分損耗能量。器件工作時的溫升和熱應力是影響可靠性的重要參數，換言之，減少功率變換損耗不僅節(jié)約了能源，還提高了系統(tǒng)可靠性，縮減了系統(tǒng)體積和成本。

選擇合適的功率器件

用于廣義的太陽能逆變器(含輸入直流斬波級)的功率半導體器件主要有MOSFET， IGBT， Super Junction MOSFET。其中MOSFET速度最快，但成本也最高。與此相對的IGBT則開關速度較慢，但具有較高的電流密度，從而價格便宜并適用于大電流的應用場合。超結MOSFET介于兩者之間，是一種性能價格折中的產品，在實際設計中被廣為應用。概括地說，選用哪類器件取決于成本，效率的要求并兼顧開關頻率。如果要求硬開關在100千赫以上，一般只有MOSFET能夠勝任。在較低頻段如15千赫，如沒有特殊的效率要求，則選擇IGBT。在此之間的頻率，則取決于客戶對轉換效率和成本的具體要求。系統(tǒng)效率和成本之間作為一對矛盾，設計工程師將根據其相應關系對照目標系統(tǒng)要求以確定最貼近系統(tǒng)要求的元件型號。

除去以上最典型的三類全控開關器件，業(yè)界還存在像碳化硅二極管和ESBT 等基于新材料和新工藝的產品。它們目前的價格還比較高，主要應用于對太陽能發(fā)電效率有特殊要求的場合。但隨著生產工藝的不斷進步和器件單價的下降，這類器件也將逐步變?yōu)橹髁鳟a品，甚至替代上述的某一類器件。

選擇合適的驅動控制方案

太陽能有助于降低發(fā)電相關成本。這個行業(yè)最熱門的話題之一就是電源轉換效率。為了提高0.1%的效率，太陽能逆變器制造商往往需要投入大量的時間?？紤]到更高的效率和增加的能源之間的關聯(lián)性，亦即更快的光伏(PV)系統(tǒng)的投資回報速度，那么確定逆變器將太陽能電池板的直流電轉換為家用交流電的能力將至關重要。微逆變器和太陽能優(yōu)化器是太陽能市場中兩種快速發(fā)展的架構。

為最大化PV面板性能，微逆變器的前端是DC/DC級，其中數字控制器執(zhí)行最大功率點跟蹤(MPPT)。最常見的拓撲結構是非隔離式DC/DC升壓轉換器。對于單個太陽能電池板，軌道或直流環(huán)節(jié)通常為36V;對于此電壓范圍，可以使用標準硅金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFETs)進行DC/DC轉換。

鑒于減小尺寸是一個優(yōu)先事項(因此微逆變器和功率優(yōu)化器將適合光伏系統(tǒng)的后端)，太陽能逆變器制造商正在采用氮化鎵(GaN)技術，因為它能夠以更高頻率切換。較高頻率減小了微逆變器和太陽能優(yōu)化器應用中的大型磁性元件的尺寸。

DC/AC級或次級通常使用H橋拓撲;對于微逆變器，軌道電壓約為400V。目前，柵極驅動器可以使用多種隔離技術來隔離控制器與電源開關，并可同時驅動高頻開關。這些要求由信號隔離的安全標準驅動。

德州儀器(TI)的UCC21220基本隔離柵極驅動器通過提供高側和低側之間的傳播延遲和延遲匹配的領先性能，改善了這些集成優(yōu)勢。這些定時特性減少了與開關相關的損耗，因為它更快導通，同時還最小化了體二極管的導通時間，從而提高了效率。這些參數也較少依賴于VDD，因此，可以放寬系統(tǒng)其余部分的電壓容差設計余量。

更高的效率不僅意味著更少的能源浪費，也意味著更小的散熱器、更少的冷卻需求以及更緊湊和更具成本效益的設計。使用正確的高壓柵極驅動器可幫您實現(xiàn)更高效率，同時降低空間受限的微逆變器或太陽能優(yōu)化器設計中的系統(tǒng)成本。