但是，過設(shè)計和冗余設(shè)計將顯著增加成本，而這是制造商所不希望的。因此，更可行、成本更低的作法是研究失效模式和成因然后將該信息回饋至產(chǎn)品進行重新設(shè)計。當(dāng)然，這就需要對大量產(chǎn)品進行現(xiàn)場測試以便發(fā)現(xiàn)并驗證故障機制和模式。

　　此外，錢昶認為太陽能逆變器可靠性設(shè)計的其它挑戰(zhàn)還應(yīng)包括：具有低可靠性的電解電容并且以合理價格找到不同種類高壓、大容量電容器的技術(shù)難度；缺少結(jié)構(gòu)化方法進行產(chǎn)品規(guī)劃和質(zhì)量控制的不成熟制造工藝也將損害可靠性；另外，工作在惡劣環(huán)境下(極低或極高溫、潮濕和曝曬)也為可靠性設(shè)計帶來挑戰(zhàn)。

　　飛兆半導(dǎo)體技術(shù)行銷助理經(jīng)理Eric Zhang也認為系統(tǒng)所需的母線電容的確成為影響可靠性的最重要因素，因此設(shè)計通常會選擇電解電容器，因為它耐受日常溫度變化循環(huán)，并可在高溫下運作。設(shè)計人員還必須了解將要并網(wǎng)發(fā)電之太陽能電池的額定輸出功率，從而選擇合適的拓撲(請參考圖1)，并使用具有足夠耐壓的功率開關(guān)器件。

　　而英飛凌的高級工程師Jerome Lee則建議，可通過降低電解電容中的紋波電流以延長逆變器的使用壽命。當(dāng)開關(guān)的高頻操作與高效率目標發(fā)生沖突，需要考慮電容器組是否過大或是出現(xiàn)多相系統(tǒng)。而除了電解電容老化問題，他認為電壓額定值下降以及散熱效果是影響也是太陽能逆變器可靠性的主要因素，最具成本性能優(yōu)化的是使用600V級別的功率器件。這時可以通過使用過壓保護系統(tǒng)或降壓變換器作為輸入級以將電壓應(yīng)力減少到500V以下。

　　IGBT抑或MOSFET？

　　半導(dǎo)體器件影響逆變器設(shè)計的主要因素可以概括為：器件擊穿電壓、封裝、熱阻（從結(jié)到外殼）、電流等級、導(dǎo)通電壓或?qū)ㄗ杩?、寄生電容、開關(guān)速度和成本。而設(shè)計人員在為太陽能逆變器設(shè)計選擇功率逆變器件時又將有具體的考慮呢？

　　就MOSFET和IGBT來說，其選用決策視性能和成本間的權(quán)衡而定。一般說，因IGBT的電流更大（是MOSFET的兩倍多），所以采用IGBT方案的成本比采用MOSFET的成本低。除成本方面的考慮外，器件性能可由功率損耗表度，而功率損耗可分為：導(dǎo)通和開關(guān)兩類。作為以少數(shù)載流子為基礎(chǔ)的器件，在大電流下，IGBT具有更低的導(dǎo)通電壓，也就意味著更低的導(dǎo)通損耗。但MOSFET的開關(guān)速度更快，所以開關(guān)損耗比IGBT低。因此對于要求更低開關(guān)頻率且更大電流的應(yīng)用來說，選擇IGBT更為適合而且具備更低成本優(yōu)勢。另一方面，MOSFET有能力滿足高頻、小電流應(yīng)用，特別是那些開關(guān)頻率在100kHz以上的能量逆變器模塊的需要。雖然從器件成本角度看，MOSFET比IGBT貴，但其處理更高開關(guān)頻率的能力將簡化輸出濾波器的磁設(shè)計并將顯著縮小輸出電感體積。

　　基于上述原因，更多的制造商因此傾向于在中高水平的能量逆變器中采用IGBT。而據(jù)Microsemi的錢昶介紹，該公司的MOS8 IGBT在靜態(tài)和動態(tài)測試（最小化的總體功率損耗）方面的優(yōu)化性能可出色勝任這些應(yīng)用的要求。另一方面，他強調(diào)，即便MOSFET的成本是個主要考量，但為實行一個更優(yōu)方案，也應(yīng)重新審視采用MOSFET的潛力，諸如Microsemi的MOS7/MOS8 MOSFET所具備的領(lǐng)先特性就非常適合太陽能逆變器的設(shè)計。

　　DC/AC變換級通常由兩個快速開關(guān)設(shè)備和兩個用于極性選擇的開關(guān)所組成，所以主要損耗表現(xiàn)為傳導(dǎo)損耗，也因此需要功率器件具備非常低的正向電壓降。功率MOSFET相對于IGBT的一個優(yōu)勢是其不存在拐點電壓(knee voltage)。而逆變器設(shè)計需要考慮高達700V的輸入電壓，系統(tǒng)這時會考慮采用降壓轉(zhuǎn)換器作為其第一個功率級。

　　英飛凌奧地利公司的高級工程師?Uwe Kirchner對此建議通過并聯(lián)三個英飛凌CoolMOS CP系列器件，以在600V級別上獲得少于15m歐姆的導(dǎo)通電阻，而CoolMOS 900V系列產(chǎn)品可提供最大導(dǎo)通電阻為130m歐姆的器件。但是對于慢速開關(guān)設(shè)備，他推薦使用600V 的Trench Stop IGBT。

　　該公司電源分立器件部負責(zé)人Gerald Deboy博士也為逆變器設(shè)計的器件選型補充了自己的看法，他認為使用CoolMOS CP還是CoolMOS CED要取決于體二極管的要求。在逆變器中，當(dāng)體二極管在電壓過零點或無功功率的傳遞過程中的硬換流現(xiàn)象時，使用CED較為有利。而對于IGBT的反并聯(lián)二極管，則選用SiC肖特基勢壘二極管比較合適。因為這時，降壓級的續(xù)流二極管(free wheeling diode)或電隔離系統(tǒng)中的整流二極管都可從SiC肖特基勢壘二極管的零反向恢復(fù)特性中受益。

　　飛兆半導(dǎo)體的Eric指出，在太陽能逆變器拓撲通常也可能包含一個升壓級，將輸入DC電壓提升至充分高于所需峰值輸出電壓的水平，然后通過DC/AC逆變并入電網(wǎng)。對于升壓轉(zhuǎn)換器來說，人們最關(guān)心的是升壓二極管的開關(guān)損耗，反向恢復(fù)電荷可能引起高損耗(這取決于功率范圍，升壓轉(zhuǎn)換器通常使用連續(xù)導(dǎo)通模式，這給二極管帶來顯著的應(yīng)力)。用于這一功率級的MOSFET的開關(guān)損耗亦很重要，因此可考慮選擇先進的超結(jié)器件(例如600V SuperFET MOSFET)以減少開關(guān)和導(dǎo)通損耗。在逆變器級中，通常使用專為軟開關(guān)而優(yōu)化的低速 IGBT，以減小輸出濾波器的體積，從而降低濾波器的能耗。同時，由于IGBT本身具備穩(wěn)固性，可以更好地抵抗電網(wǎng)的峰值電壓，許多逆變器使用專有拓撲以進一步提升效率，增添更多的功能特性。

　　實現(xiàn)太陽能逆變器的智能控制

　　設(shè)計太陽能逆變器時要考慮的兩個關(guān)鍵因素是效率和諧波失真。效率可分成兩個部分：太陽能的效率和逆變器的效率。逆變器的效率在很大程度上取決于設(shè)計使用的外部元件，而不是控制器；而太陽能的效率與控制器如何控制太陽能電池板陣列有關(guān)。每個太陽能電池板陣列的最大工作功率在很大程度上取決于陣列的溫度和光照。MCU必須控制太陽能電池板陣列的輸出負載，以使陣列的工作功率最大。由于這不是一個數(shù)學(xué)密集型算法，因此可使用低成本MCU來完成任務(wù)。

　　而要智能化控制諧波失真，則需要更多處理。若要將系統(tǒng)用作不間斷電源（UPS），則需要諸如DSC或DSP等高性能控制器來確保在電網(wǎng)不存在時提供清潔的電能。若太陽能逆變器只在電網(wǎng)存在時工作，則可使用低成本MCU。這是由于電網(wǎng)能吸收太陽能逆變器產(chǎn)生的所有諧波失真，因為電網(wǎng)可以被看作是一個無窮大的負載。對于高諧波失真的太陽能逆變器，Microchip技術(shù)開發(fā)部的首席應(yīng)用工程師John Charais推薦使用Microchip的PIC16F和PIC18F MCU系列，這兩個系列帶有片上ADC和PWM模塊，同時PIC12F615到PIC18F “K”或“J”系列MCU等更大的器件均適用。對于低諧波失真的太陽能逆變器，推薦使用PIC32F/30F MCU和dsPIC33F DSC。

　　此外，TI對太陽能等可再生能源的應(yīng)用也很關(guān)注，但這家以DSP而著名的公司目前向太陽能智能控制領(lǐng)域提供的是兩款由DSP演變而來C2000系列MCU。TI高級嵌入式處理器產(chǎn)品部中國區(qū)經(jīng)理譚徽博士認為，標準太陽能系統(tǒng)在多個太陽能電池板上使用一個逆變器，而據(jù)相關(guān)的研究顯示，連接至每個太陽能電池板的微型逆變器能提升功率轉(zhuǎn)換效率以提高每個單電池板的輸出，因此TI的C2000 Piccolo和Delfino MCU非常適用于太陽能逆變器應(yīng)用。其中，Piccolo MCU可為太陽能電池板提供更高的工作效率以及太陽能逆變器控制功能；而Delfino浮點MCU通過不同的AC來源提供常量AC電壓，AD/DC整流器后續(xù)DC/AC逆變器，在高壓(約600V DC)下同步并精確控制功率級。