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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(shù)，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(chǎn)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(zhuǎn)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(jù)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)品，甚至替代上述的某一類器件。

選擇合適的驅(qū)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(shù)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(qū)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(qū)動高頻開關。這些要求由信號隔離的安全標準驅(qū)動。

德州儀器(TI)的UCC21220基本隔離柵極驅(qū)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(shù)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(qū)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。