太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛,尤其是移動(dòng)系統(tǒng),不用花一分錢(qián),就從太陽(yáng)能中受益。同時(shí)由于常規(guī)電能成本不斷攀升，太陽(yáng)能對(duì)家庭應(yīng)用具有很大的吸引力。太陽(yáng)能電池本身和連接太陽(yáng)能電池與公共電網(wǎng)或分布電源的太陽(yáng)能逆變器的能源效率，是這一技術(shù)取得成功的關(guān)鍵所在。如今，最大輸出功率為5kW的高級(jí)太陽(yáng)能逆變器擁有兩級(jí)拓?fù)洹?/p>

    每組都和自己的功率調(diào)節(jié)器相連，然后連接至共用直流母線。功率調(diào)節(jié)器能夠使太陽(yáng)能電池以最大效率工作。太陽(yáng)能逆變器可產(chǎn)生饋入市電的交流電壓。請(qǐng)注意，圖1所示的電源網(wǎng)是一種可用于任何逆變器拓?fù)涞奶撛O(shè)電路，外加一個(gè)市電變壓器和一個(gè)輸出濾波器，變壓器可阻止直流分量進(jìn)入市電。

　　但是，也有一些系統(tǒng)是不用變壓器的，這取決于太陽(yáng)能逆變器銷(xiāo)售所在國(guó)家的法律背景。允許不采用變壓器的國(guó)家的目的是提高系統(tǒng)效率，因?yàn)樽儔浩鲗?dǎo)致效率下降1~2個(gè)百分點(diǎn)。另一方面， 逆變器必需避免直流分量, 要求電流小于5mA。雖然這很難做到，但是為了獲得更高的效率，我們還是成功地實(shí)現(xiàn)了。表1給出了每一級(jí)對(duì)系統(tǒng)損耗、系統(tǒng)尺寸和系統(tǒng)成本的貢獻(xiàn)值。

　很容易可以看出，變壓器是系統(tǒng)損耗和成本的主要貢獻(xiàn)者。然而，變壓器在許多國(guó)家是必須使用的，因此，它不在減小損耗的考慮范圍之內(nèi)。輸出濾波器可減弱由輸出逆變器級(jí)產(chǎn)生的電流紋波，該濾波器的大小和成本與逆變器開(kāi)關(guān)頻率成反比。開(kāi)關(guān)頻率越高，濾波器的尺寸越小、價(jià)格越便宜。但是，這種關(guān)系與硬轉(zhuǎn)換狀態(tài)下開(kāi)關(guān)頻率和開(kāi)關(guān)損耗之間的關(guān)系形成了折衷——開(kāi)關(guān)頻率越高，損耗越大，因此效率就越低。從16kHz~20kHz的開(kāi)關(guān)頻率，由于具備較低音頻噪聲和較高效率，可以滿(mǎn)足太陽(yáng)能逆變器的要求。因此，功率電路還有待于進(jìn)一步研究。

　　下文將比較適用于這兩級(jí)的幾種半導(dǎo)體技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。

　　用于DC/AC升壓變換器的功率半導(dǎo)體

　　DC/DC變換器是在100kHz或以上的開(kāi)關(guān)頻率下?tīng)顟B(tài)下運(yùn)行的。變換器以連續(xù)模式運(yùn)行，這意味著，升壓電感器內(nèi)的電流在額定條件下會(huì)產(chǎn)生連續(xù)波形。當(dāng)晶體管關(guān)閉時(shí)，二極管作為續(xù)流二極管使用時(shí)，晶體管可為電感器充電。這就是說(shuō)，當(dāng)晶體管再次打開(kāi)時(shí)，二極管可以主動(dòng)關(guān)閉。下圖給出了常用硅二極管的典型反向恢復(fù)特性（圖2中的黑色和紅色曲線）。

硅二極管的反向恢復(fù)特性，在升壓晶體管和相應(yīng)的二極管中都會(huì)產(chǎn)生較高的損耗。而碳化硅二極管就沒(méi)有這一問(wèn)題（如圖2中藍(lán)色曲線所示）。只是由于電容性產(chǎn)生一個(gè)二極管瞬間負(fù)電流，這是由二極管的結(jié)電容電荷引起的。碳化硅二極管可大大減少晶體管的開(kāi)通損耗和二極管的關(guān)斷損耗，還可減少電磁干擾，因?yàn)椴ㄐ畏浅Ｆ交?，沒(méi)有振蕩。

　　以往曾經(jīng)報(bào)道過(guò)很多避免由二極管的反向恢復(fù)特性造成損耗的工藝，例如零電壓開(kāi)關(guān)的零電流開(kāi)關(guān)等。所有這些都會(huì)大大增加元件數(shù)量和系統(tǒng)的復(fù)雜程度，結(jié)果經(jīng)常使穩(wěn)定性下降。特別值得提出的是，即使是在硬開(kāi)關(guān)狀態(tài)下通過(guò)使用碳化硅肖特基二極管，也可以用最少的元件實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)相同的效率。

　　高開(kāi)關(guān)頻率同樣要求高性能的升壓晶體管。超級(jí)結(jié)晶體管（如 CoolMOS）的引進(jìn)，為進(jìn)一步降低MOSFET 的單位面積導(dǎo)通電阻RDS(on) 帶來(lái)了希望，如圖3所示。 

　很容易可以看出，與標(biāo)準(zhǔn)工藝相比，單位面積RDS(on)大概比CoolMOS低4倍~5倍。這意味著，在標(biāo)準(zhǔn)封裝中，CoolMOS可實(shí)現(xiàn)最低絕對(duì)導(dǎo)通電阻值。這將帶來(lái)最低導(dǎo)通損耗和最高效率。CoolMOS 工藝的單位面積RDS(on)表現(xiàn)出更好的線性度。當(dāng)電壓為600V時(shí)，CoolMOS的優(yōu)勢(shì)顯而易見(jiàn)，如果電壓更高，其優(yōu)勢(shì)就會(huì)加大。目前，最高的電壓級(jí)為800V。

　　經(jīng)多次研究表明：使用碳化硅二極管和超級(jí)結(jié)MOSFET如CoolMOS,優(yōu)于采用標(biāo)準(zhǔn)的MOSFET和二極管工藝（如圖4所示）解決方案。

　　用于逆變器的功率半導(dǎo)體