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 响的金太阳工程一一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有 些时候也利于电力半导体器件的选取和系统成本优化所以越来越多的厂商在开发或评估单 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的功率半导体器件主要有MOSFE是一种金属-氧化层-半导体- 场效晶体管，简称金氧半场效晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor MOSFET)是一种可以广泛使用在模拟电路与数字电路的场效晶体管(field-effect transistor) 0 MOSFET依照其“通道”的极性不同，可分为n-type与p-type的MOSFET，通常又称为 NMOSFET 与 PMOSFET，其他简称尚包括 NMOSFET、PMOSFET、nMOSFET、pMOSFET 等 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。
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)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IGBT以优化通态损耗，IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)， 绝缘栅双极型晶体管，是由8〕丁(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控 型电压驱动式功率半导体器件，兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面 的优点GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大；MOSFET驱动功率很小，开关 速度快，但导通压降大，载流密度小IGBT综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱 和压降低非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关 电源、照明电路、牵引传动等领域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lWv-cew fastrecmry kmt wacaccE*板炽1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结论找电源工作上 电源英才网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。