太阳能光伏逆变器拓扑结构及设计思路

太阳能光伏逆变器拓扑结构及设计思路( 发布日期： 2010-11-23 17:30:00) 浏览人数： 3081 引言对于传统电力电子装置的设计，我们通常是通过每千瓦多少钱来衡量其性价比的。但是对于光伏逆变器的设计而言， 对最大功率的追求仅仅是处于第二位的，欧洲效率的最大化才是最重要的 。因为对于光伏逆变器而言， 不仅最大输出功率的增加可以转化为经济效益， 欧洲效率的提高同样可以， 而且更加明显 [1] 。欧洲效率的定义不同于我们通常所说的平均效率或者最高效率。它充分考虑了太阳光强度的变化，更加准确地描述了 光伏逆变器 的性能。欧洲效率是由不同负载情况下的效率按照不同比重累加得到的，其中半载的效率占其最大组成部分 ( 见图 1) 。图 1 欧洲效率计算比重因此为了提高光伏逆变器的欧洲效率，仅仅降低额定负载时的损耗是不够的，必须同时提高不同负载情况下的效率。欧洲效率是一个新的参数，主要是针对光伏逆变器提出来的。由于太阳光在不同时间，强度是不一样的，所以光伏逆变器其实并不会一直工作在额定功率下，更多的是工作在轻负载的时候。所以衡量光伏逆变器的效率，不能完全以额定功率下的效率来衡量。所以欧洲人就想出来了一个新的参数–欧洲效率来衡量。欧洲效率的计算方法如表 1。欧洲效率的改善所带来的经济效益也很容易通过计算得到。例如以一个额定功率 3kw的光伏逆变器为例，根据现在市场上的成本估算，光伏发电每千瓦安装成本大约需要 4000 欧元 [2] ，那也就意味着光伏逆变器每提高欧效 1%就可以节省 120 欧元 ( 光伏发电现在的成本大概在每千瓦 4000 欧元， 或者说每瓦 4 欧元，包括太阳能电池和光伏逆变器， 对于一个 3kw 的发电装置， 如果逆变器效率提高了 1%， 也就是说多发了 30w，那么成本就可以节省 4× 30=120 欧元 )。 提高光伏逆变器的欧洲效率带来的经济效益是显而易见的， “不惜成本”追求更高的欧效也成为现在光伏逆变器发展的趋势。2 功率器件的选型在通用逆变器的设计中，综合考虑性价比因素， igbt 是最多被使用的器件。 因为 igbt 导通压降的非线性特性使得 igbt 的导通压降并不会随着电流的增加而显著增加 。从而保证了逆变器在最大负载情况下，仍然可以保持较低的损耗和较高的效率。但是对于光伏逆变器而言， igbt 的这个特性反而成为了缺点。因为欧洲效率主要和逆变器不同轻载情况下效率的有关。 在轻载时， igbt 的导通压降并不会显著下降 ，这反而降低了逆变器的欧洲效率。相反， mosfet 的导通压降是线性的，在轻载情况下具有更低的导通压降，而且考虑到它非常卓越的动态特性和高频工作能力， mosfet 成为了光伏逆变器的首选 。另外考虑到提高欧效后的巨大经济回报，最新的比较昂贵的器件，如 sic 二极管，也正在越来越多的被应用在光伏逆变器的设计中， sic 肖特基二极管可以显著降低开关管的导通损耗，降低电磁干扰。3 光伏逆变器的设计目标对于无变压器式光伏逆变器，它的主要设计目标为：(1) 对太阳能电池输入电压进行最大功率点跟踪，从而得到最大的输入功率 ; (2) 追求光伏逆变器最大欧效 ; (3) 低的电磁干扰。为了得到最大输入功率，电路必须具备根据不同太阳光条件自动调节输入电压的功能， 最大功率点一般在开环电压的 70%左右， 当然这和具体使用的光伏电池的特性也有关。典型的电路是通过一个 boost 电路来实现。然后再通过逆变器把直流电逆变为可并网的正弦交流电。4 单相无变压器式光伏逆变器拓扑介绍拓扑结构的选择和光伏逆变器额定输出功率有关。对于 4kw 以下的光伏逆变器，通常选用直流母线不超过 500v，单相输出的拓扑结构。这个功能 ( 见图 2) 可以通过以下的原理图实现 ( 见图 3) 。图 2 单相无变压器式光伏逆变器功能图图 3 单相无变压器式光伏逆变器原理图boost 电路通过对输入电压的调整实现最大功率点跟踪。 h 桥逆变器把直流电逆变为正弦交流电注入电网。上半桥的 igbt 作为极性控制器，工作在 50hz，从而降低总损耗和逆变器的输出电磁干扰。下半桥的igbt 或者 mosfet 进行 pwm高频切换，为了尽量减小 boost 电感和输出滤波器的大小，切换频率要求尽量高一些，如 16khz 。4.1 单相无变压器式光伏逆变器的优点我们推荐使用功率模块来设计光伏逆变器，因为把图 3 拓扑结构上的所有器件集成到一个模块里面可以提供以下优点：(1) 安装简单，可靠 ; (2) 研发设计周期短，可以更快地把产品推向市场 ; (3) 更好的电气性能。4.2 对于模块设计，必需要达到的指标而对于模块的设计，我们必须保证：(1) 直流母线环路低电感设计为了实现这个目标，我们必须同时降低模块内部和外部的寄生电感。为了降低模块内部的寄生电感，必须优化模块内部的绑定线，管脚布置以及内部走线。为了降低模块外部寄生电感，我们必须保证在满足安全间距的前提下， boost 电路和逆变桥电路的直流母线正负两端尽量靠近 。(2) 给快速开关管配置专有的驱动管脚开关管在开关过程中，绑定线的寄生电感会造成驱动电压的降低。从而导致开关损耗的增加，甚至开关波形的震荡。在模块内部，通过给每个开关管配置专有的驱动管脚 (直接从芯片上引出 ) ，这样就可以保证在驱动环路中不会有大电流流过，从而保证驱动回路的稳定可靠。这种解决方案目前只有功率模块可以实现，单管 igbt 还做不到。图 4 显示了 vincotech 公司最新推出的光伏逆变器专用模块 flowsol-bi(p896-e01) ， 它集成了上面所说的优点。图 4 flowsol-bi boost 电路和全桥逆变电路4.3 技术参数(1) boost 电路由 mosfet(600v/45m ω )和 sic 二极管组成 ; (2) 旁路二极管主要是当输入超过额定负载时，旁路 boost 电路，从而改善逆变器整体效率 ; (3) h 桥电路上半桥由 75a/600v igbt 和 sic 二极管组成，下半桥由 mosfet(600v/45m ω ) 组成 ; (4) 集成了温度检测电阻。5 单相无变压器光伏逆变器专用模块 flowsol0-bi 的效率计算这里我们主要考虑功率半导体的损耗，其他的无源器件，如 boost 电感，输出滤波电感的损耗不计算在内。基于这个电路的相关参数，仿真结果如下：条件● pin=2kw;● fpwm = 16khz;● vpv -nominal = 300v; ● vdc = 400v 。根据图 5、 6 的仿真结果可以看到，模块的效率几乎不随负载的降低而下降。模块总的欧洲效率(boost+inverter) 可以达到 98.8%。即使加上无源器件的损耗，总的光伏逆变器的效率仍然可以达到 98%。图 6 虚线显示了使用常规功率器件，逆变器的效率变化。可以明显看到，在低负载时，逆变器效率下降很快。图 5 boost 电路效率仿真结果 ee=99.6% 图 6 flowsol-bi 逆变电路效率仿真结果 -ee=99.2% 标准 igbt 全桥 -ee=97.2% ( 虚线 ) 6 三相无变压器光伏逆变器拓扑结构介绍大功率光伏逆变器需要使用更多的光伏电池组和三相逆变输出 ( 见图 7) ，最大直流母线电压会达到1000v。图 7 三相无变压器式光伏逆变器功能图这里标准的应用是使用三相全桥电路。考虑到直流母线电压会达到 1000v，那开关器件就必须使用1200v 的。而我们知道， 1200v 功率器件的开关速度会比 600v 器件慢很多，这就会增加损耗，影响效率。对于这种应用，一个比较好的替代方案是使用 中心点箝位 (npc=neutral point clamped) 的拓扑结构 ( 见图8) 。这样就可以使用 600v 的器件取代 1200v 的器件。图 8 三相无变压器 npc 光伏逆变器原理图为了尽量降低回路中的寄生电感， 最好是把对称的双 boost 电路和 npc 逆变桥各自集成在一个模块里。(1) 双 boost 模块技术参数 ( 见图 9) 图 9 flowsol-npb —对称双 boost 电路●双 boost 电路都是由 mosfet(600v/45 m ω ) 和 sic 二极管组成 ; ●旁路二极管主要是当输入超过额定负载时，旁路 boost 电路，从而改善逆变器整体效率 ; ●模块内部集成温度检测电阻。(2) npc 逆变桥模块的技术参数 ( 见图 10) 图 10 flowsol-npi -npc 逆变桥●中间换向环节由 75a/600v 的 igbt 和快恢复二极管组成 ; ●上下高频切换环节由 mosfet(600v/45 m ω ) 组成 ; ●中心点箝位二极管由 sic 二极管组成 ; ●模块内部集成温度检测电阻。对于这种拓扑结构，关于模块的设计要求基本类似于前文提到的单相逆变模块，唯一需要额外注意的是，无论是双 boost 电路还是 npc 逆变桥， 都必须保证 dc+， dc- 和中心点之间的低电感设计。有了这两个模块， 就很容易设计更高功率输出光伏逆变器。 例如使用两个双 boost 电路并联和三相 npc逆变桥就可以得到一个高效率的 10kw 的光伏逆变器。而且这两个模块的管脚设计充分考虑了并联的需求，并联使用非常方便。图 11 是双 boost 模块并联和三相 npc 逆变输出模块布局图。图 11 双 boost 模块并联和三相 npc 逆变输出模块布局图针对 1000v 直流母线电压的光伏逆变器， npc 拓扑结构逆变器是目前市场上效率最高的。图 12 比较了npc 模块 (mosfet+igbt) 和使用 1200v 的 igbt 半桥模块的效率。图 12 npc 逆变桥输出效率 ( 实线 ) 和半桥逆变效率 ( 虚线 )比较根据仿真结果， npc 逆变器的欧效可以达到 99.2%，而后者的效率只有 96.4%。 npc 拓扑结构的优势是显而易见的。7 下一代光伏逆变器拓扑的设计思路介绍目前混合型 h 桥 (mosfet+igbt) 拓扑已经取得了较高的效率等级。 而下一代的光伏逆变器， 将会把主要精力集中在以下性能的改善：(1) 效率的进一步提高 ; (2) 无功功率补偿 ; (3) 高效的双向变换模式。7.1 单相光伏逆变器拓扑结构对于单相光伏逆变器，首先讨论如何进一步提高混合型 h 桥拓扑的效率 ( 见图 13) 。在图 13 中，上桥臂 igbt 的开关频率一般设定为电网频率 ( 例如 50hz) ，而下桥臂的 mosfet 则工作在较高的开关频率下，例如 16khz ，来实现输出正弦波。仿真显示，这种逆变器拓扑在 2kw额定功率输出时，效率可以达到 99.2%。 由于 mosfet 内置二极管的速度较慢，因此 mosfet 不能被用在上桥臂 。图 13 光伏逆变器的发展 -混合型由于上桥臂的 igbt 工作在 50hz 的开关频率下，实际上并不需要对该支路进行滤波。因此对电路拓扑进行优化， 可以得到图 14 所示的发射极开路型拓扑。 这种拓扑的优点是只有有高频电流经过的支路才有滤波电感，从而减小了输出滤波电路的损耗。图 14 改进的无变压器上桥臂发射极开路型拓扑目前 vincotech 公司已经有标准的发射极开路型 igbt 模块产品，型号是 flowsol0-bi open e (p896-e02) ，如图 15 所示。图 15 flowsol0-bi-open e (p896-e02) 技术参数：(1) 升压电路采用 mosfet(600v/45m ω ) 和 sic 二极管组成 ; (2) 旁路二极管主要是当输入超过额定负载时，旁路 boost 电路，从而改善逆变器整体效率 ; (3) h 桥的上桥臂采用 igbt(600v/75a) 和 sic 二极管，下桥臂采用 mosfet(600v/45 m ω ); (4) 模块内部集成温度检测电阻。下面再来分析一下图 14 所示的发射极开路型拓扑。 当下桥臂的 mosfet 工作时， 与上桥臂 igbt 反并联的二极管却由于滤波电感的作用没有工作，这样就可以在上桥臂也使用 mosfet ，在轻载时提高逆变器的效率。 仿真结果显示， 在 2kw额定功率输出时， 这种光伏逆变器的欧效可以提高 0.2%， 从而使效率达到 99.4%。在实际的应用场合中，这种拓扑对效率的提高会更多，因为仿真结果是在假定芯片结温 125℃的情况下得到的，但由于 mosfet 体积较大，且光伏逆变器经常工作在轻载情况下， mosfet 芯片结温远远低于 125℃，因此实际工作时 mosfet 的导通阻抗 rds-on 将比仿真时的数值要低，损耗相应也会更小。如何解决无功功率的问题呢 ?这种电路拓扑处理无功功率的唯一方法就是使用 fred-fet ，但这些器件的导通阻抗 rds-on 通常都很高。另一个缺点是其反向恢复特性较差，影响无功补偿和双向变换时的性能。但是在某些特殊应用中， 如果必须通过无功功率来测量线路阻抗或者保护某些元器件， 那么图 16 所示拓扑将可以满足以上要求。图 16 所示拓扑结构允许纯无功负载， 能够提高对电网的无功补偿， 也能满足双向功率流动，例如实现高效电池充电。如果应用 sic 肖特基二极管，这种电路拓扑将可以达到更高的效率等级。表 2 是 2kw 额定功率下不同拓扑结构的欧洲效率图 16 适应无功负载的全 mosfet 拓扑7.2 三相光伏逆变器拓扑结构对于 npc 拓扑的三相光伏逆变器也可以做类似的改进。以一相为例，在 2kw 额定输出时，三电平逆变器 ( 见图 17) 可以达到 99.2%的欧效 ( 见表 2) 。稍作改动，该拓扑就可以实现无功功率流动。图 17 三电平逆变器在输出与直流母线间增加 1200v 二极管后，该拓扑 ( 见图 18) 就可以输出无功功率。同时也可以用作高效率的双向逆变器，实现能量的反向变换。为了减小损耗， d3， d4 推荐使用 sic 二极管。图 18 可实现无功功率输出的 npc 拓扑逆变器但由于 1200v 的 sic 价格过高，图 19 所示的拓扑将会是一种比较好的选择。图 19 可实现无功功率输出的 npc 拓扑逆变器 ( 增加了 2 个 sic 二极管和 4 个 si 二极管 ) 这种拓扑只使用了两个 600v 的 sic 二极管 (d4 ， d6) 。 d3 和 d5 采用快速 si 二极管， d7 和 d8 采用小型si 二极管，用来防止 sic 二极管过压损坏。这里是否可能也全部采用 mosfet 来实现呢 ?答案是可以的，前提是需要把 mosfet 的体二极管旁路掉。这可以通过把上下半桥的输出端子分开并配上各自的滤波电感来实现。图 20 的电路拓扑可以提高在轻载时的效率。图 20 采用 mosfet 实现无功功率输出的 npc 拓扑逆变器图 21 是全采用 mosfet 方案和混合型方案在额定功率 2kw时的效率比较。图 21 全采用 mosfet 方案和混合型方案在额定功率 2kw 时的效率比较其欧效可以从 99.2%提高到 99.4%。 无功功率由 1200v 快速二极管通路实现。 在选择二极管时， 推荐使用 sic 二极管，这样可以在反向变换时，达到更高的效率。或者如图 22 所示， d4 和 d6 采用 600v sic 二极管，另外四个采用快恢复 si 二极管。图 22 采用 2 个 sic 二极管、 4 个 si 二极管和分别输出方式的 npc 逆变器拓扑8 结束语这些新的拓扑使得逆变器的效率能够达到更高的欧效等级。即使在输出功率为 0.4kw 时，我们仍然可以达到最高的效率，这也使得可以通过模块并联来进一步提升系统容量。此时可以非常容易的计算出投资回报率，从而也显示出效率等级在光伏逆变器应用中的重要作用。对无功功率输出的改善同样使得这种拓扑结构拥有以下特性和更广泛的应用：(1) 线路无功补偿 ; (2) 高效电池充电，可应用于后备电源系统、电动交通工具和混合动力汽车 ; (3) 高效、高速电机驱动。新型逆变器优化光伏系统设计( 发布日期： 2010-12-4 10:13:00) 浏览人数： 137近年来光伏发电在各国的普及和应用取得可观的进展。作为电能转换的关键环节，电力电子变换器对于光伏系统的整体性能与可靠性占有举足轻重的地位。本文在简要回顾了太阳能市场近年来的发展之后，着重分析了太阳能逆变器的设计需要并由此阐述了功率半导体器件与电路拓扑方面的优选原则。随着对绿色能源不断增长的需求， 太阳能发电近年来的迅猛发展引起了各方面的广泛关注。 2009 年度以美国为例，太阳能工业总产值在整体经济低迷的形势下仍增长了百分之三十六，并吸引了高达 14 亿美元的风险投资。据有关方面的可靠报导，在未来三年里，全世界对光伏发电系统的年需求将保持百分之三十的速度递增。这样的高增长率预测是基于以下几个因素：目前过剩的生产能力已经将光伏系统的平均制造成本削减了百分之二十五；光伏系统的安装价格在持续下降；世界范围内各国与地区的政府补贴。中国太阳能资源非常丰富，近期来国家的补贴扶持政策陆续推出。如其中最具影响的金太阳工程 ―― 提出对光伏并网项目和无电地区离网光伏发电项目分别给予 50% 及 70% 的财政补贴。可以相信，中国太阳能产业现在处于一个高速发展的时期。电力电子的设计对于太阳能发电系统的整体效能具有举足轻重的地位。 最高的转换效率永远是系统设计工程师考虑的首要因 素。由于光电转换板的效率很低，通常不超过百分之二十，因此太阳能逆变器的转换效率对于减小太阳能板总面积和系统总体积就至关重要。除此之外，在电能转换过程的功率损耗直接导致了半导体晶圆的温度升高，所以要通过散热器有效耗散这部分损耗能量。器件工作时的温升和热应力是影响可靠性的重要参数，换言之， 减少功率变换损耗不仅节约了能源，还提高了系统可靠性，缩减了系统体积和成本。本文将阐述以提高能效为目标的太阳能逆变器设计原则，并介绍市场上应运而生的各种新器件，新电路和最新控制技术。电路拓扑要把太阳能转换板输出的 “ 粗电 ” （波动的直流电压）变成恒定可靠的正弦波交流市电，实现方式通常分为两种构架：单级变换和两级变换，也称为无直流斩波和有直流斩波式。 直流 - 直流斩波器能够保持逆变器输入侧电压的恒定和可调，从而实现电压和功率控制之间的解耦。 有些时候也利于电力半导体器件的选取和系统成本优化。但是，毋庸置疑，这一级额外的变换装置很可能对系统效率带来负面影响，所以越来越多的厂商在开发或 * 估单级变换的架构，即使这样会面临更复杂的逆变器控制和潜在的更高器件耐量要求。在新的拓扑结构中， HERIC ？ 和多电平结构吸引了业界更多的关注而且有望成为主流的拓扑形式，特别是在和电网相联的情况下。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着。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。单相全桥混合器件模块与三电平混合器件模块图 3 所示的混合单相全桥功率模块是专用于太阳能单相逆变的产品。配合以单极型调制方法，每个桥臂的两只开关管分别工作在完全相异开关频率范围。以图示为例， 上管总是在工频切换通断状态，而下管总是在脉宽调制频率下动作 。根据这种工作特点，上管总是选用相对便宜的门极沟道型（ Trench ） IGBT以优化通态损耗，而下管可选择非穿通型（ NPT） IGBT 以减少开关损耗。这种拓扑结构不但保障了最高系统转换效率还降低了整个逆变设备的成本。图 4 给出了不同器件搭配的转换效率曲线以印证这种太阳能功率模块的优越性。可以发现，这种混合器件配置在不同负载下能实现 98% 以上的转换效率。图 3 ：混合器件太阳能逆变模块。图 4 ：不同器件搭配的逆变器效率对比。在美高森美的三电平逆变模块中，也引入了混合器件的机制。其主旨在于充分利用两端器件开关频率远高于中间相邻两器件。因而 APTCV60 系列三电平模块使用两头超结 MOSFET 中间 Trench IGBT 的结构进一步提高效率。ESBT ESBT 是应用于太阳能的一种新型高电压快速开关器件，它兼顾了 IGBT 和 MOSFET 的优点，不仅电压耐量高于 MOSFET ，而且损耗小于快速 IGBT 器件。美高森美即将推向市场的 ESBT 太阳能升压斩波器模块集成了碳化硅二极管和 ESBT ， 面向 5 千瓦至 20 千瓦的超高效率升压应用。其电压耐量为1200V ， 集电极和射极间饱和通态电压很低 （接近 1V ），优化开关频率在 30 千赫至 40 千赫之间，可选择单芯片模块或双芯片模块封装。 实验表明， 这种功率模块比目前市场上对应的 IGBT 模块减少 40% 的损耗。根据 6 千瓦的参考设计实验结果，此模块在 50% 至满负载之间，转换效率比最快的 IGBT 器件要提高至少 0.6 个百分点。因此，在碳化硅全控器件的价格下降到可接受的范围之前，对于超高效率的太阳能功率变换应用， ESBT 将是开关器件的不二之选。图 5 ： ESBT 升压斩波模块。旁路二极管位于太阳能逆变器前端的旁路二极管，严格来说虽然不属于逆变部分，但是作为太阳能发电设备的一部分， 对于逆变器运行乃至整个系统的可靠性也至关重要。 美高森美新针对此应用推出两款新产品： LX2400和 SFDS1045 。 LX2400 融入了最新的散热封装技术 — CoolRUNTM 工艺，无需散热器，通过 10A 电流时温升小于 10 ？ C。 以 30 年稳定运行为目标的可靠性设计保证了 100uA 以下漏电流， 20A 的稳态电流能力，和双向抗闪电功能。其最大特点是业界最低温升。 SFDS1045 是新一代肖特基二极管，也是迄今为止业界最薄的旁路二极管，只有 0.74mm 厚度并置于玻璃封装之下，特别适合直接应用于太阳能板。另外其独特的柔韧铜引脚具有卫星应用级别的可靠性。结论提高转换效率和降低成本是太阳能逆变器设计的长期课题，也是工程设计人员面临的最大挑战。本文以如何设计优化的新一代太阳能功率变换系统出发，讨论了集中式太阳能逆变器的设计原则，典型拓扑结构和开关器件的选型方法。阐述了设计工程师如何运用器件，电路与系统各个层次上的新技术优化逆变器系统设计的方案。实践证明，美高森美的多个相关新产品能够从多个方面优化系统性能，为太阳能逆变器市场提供了高效，可靠，经济的系统解决方案。