光伏发电系统逆变器结构特点

光伏发电系统逆变器结构特点

提出问题：

1. 光伏发电系统并网时的主要部件是什么？

2. 光伏逆变器如何分类？其电路如何构成？

3. IGBT是什么，有什么特点，主要参数？

4. 电力MOSFET是什么，主要参数和特性？

5. 逆变器的常用电路有哪些，各自的接线和特点是什么？

6. 常用逆变器的形式有哪些，各自特点是什么，主要生产厂家？

1.光伏发电系统并网时的主要部件是什么？

光伏发电系统并网时的主要部件是逆变器。

无论是太阳能电池、风力发电还是新能源汽车，其系统应用都需要把直流电转换为交流电，承担这一任务的部件为逆变器。

逆变器又称电源调整器、功率调节器，是光伏系统必不可少的一部分。通常，物理上把将直流电能变换成交流电能的过程称为逆变，把实现逆变过程的装置称为逆变设备或逆变器。逆变器的名称由此而来。光伏逆变器最主要的功能是把太阳能电池板所发的直流电转化成家电使用的交流电。

逆变器是光伏系统的心脏，太阳能电池板所发的电全部都要通过逆变器的处理才能对外输出，逆变器对于整套系统的运行起着重要的作用，逆变器的核心器件是IGBT(绝缘栅双极型晶体管)，也是价格最高的部件之一。

2.光伏逆变器如何分类？其电路如何构成？

光伏逆变器的分类如下图：

功率较小(<4kW)的光伏发电系统一般采用正弦波逆变器。逆变器的显示功能主要包括：直流输入电压和电流的测量值，交流输出电压和电流的测量值，逆变器的工作状态（运行、故障、停机等）。

光伏逆变器的电路构成如下图所示：

控制电路：

逆变器的控制电路主要是为主逆变电路提供一系列的控制脉冲来控制逆变开关器件的导通与关断，配合主逆变电路完成逆变功能。

辅助电路：

辅助电路主要是将输入电压变换成适合控制电路工作的直流电压。辅助电路还包含多种检测、显示电路。逆变器的显示功能主要包括：直流输入电压和电流的测量值，交流输出电压和电流的测量值，逆变器的工作状态（运行、故障、停机等）。

保护电路：

逆变器的保护电路主要包括输入过压、欠压保护，输出过压、欠压保护，过载保护，过流和短路保护，接反保护，过热保护等。

3.IGBT是什么，有什么特点，主要参数？

IGBT全称为绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor)，所以它是一个有MOSGate的BJT晶体管，也就是MOSFET和BJT的组合体。

MOSFET主要是单一载流子(多子)导电，而BJT是两种载流子导电，所以BJT的驱动电流会比MOSFET大，但是MOSFET的控制级栅极是靠场效应反型来控制的，没有额外的控制端功率损耗。所以IGBT就是利用了MOSFET和BJT 的优点组合起来的，兼有MOSFET的栅极电压控制晶体管(高输入阻抗)，又利用了BJT的双载流子达到大电流(低导通压降)的目的，从而达到驱动功率小、饱和压降低的完美要求，广泛应用于600V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。

如图所示为一个N沟道增强型绝缘栅双极晶体管结构，N+区称为源区，附于其上的电极称为源极(即发射极E)。N基极称为漏区。器件的控制区为栅区，附于其上的电极称为栅极(即门极G)。沟道在紧靠栅区边界形成。在C、E两极之间的P型区(包括P+和P-区，沟道在该区域形成)，称为亚沟道区(Subchannel

region)。而在漏区另一侧的P+区称为漏注入区(Drain injector)，它是IGBT特有的功能区，与漏区和亚沟道区一起形成PNP双极晶体管，起发射极的作用，向漏极注入空穴，进行导电调制，以降低器件的通态电压。附于漏注入区上的电极称为漏极(即集电极C)。

IGBT的开关作用是通过加正向栅极电压形成沟道，给PNP(原来为NPN)晶体管提供基极电流，使IGBT导通。反之，加反向门极电压消除沟道，切断基极电流，使IGBT关断。IGBT的驱动方法和MOSFET基本相同，只需控制输入极N-沟道MOSFET，所以具有高输入阻抗特性。当MOSFET的沟道形成后，从P+基极注入到N-层的空穴(少子)，对N-层进行电导调制，减小N-层的电阻，使IGBT 在高电压时，也具有低的通态电压。

IGBT是由MOSFET和GTR技术结合而成的复合型开关器件，是通过在功率MOSFET的漏极上追加p+层而构成的，性能上也是结合了MOSFET和双极型功率晶体管的优点。

主要参数

（1）集-射极额定电压Uces。它是栅一射极短路时的IGBT最大耐压值，是

根据器件的雪崩击穿电压规定的。

（2）栅-射极额定电压UGES。IGBT是电压控制器件，靠加到栅极的电压信号来控制IGBT的导通和关断，而UGES是栅极的电压控制信号额定值。通常IGBT对栅极的电压控制信号相当敏感，只有栅极在额定电压值很小的范围内，才能使IGBT导通而不致损坏。

（3）栅-射极开启电压UGE(th)。它是指使IGBT导通所需的最小栅射极电压。通常，IGBT的开启电压UGE(th)在3～5.5V之间。

（4）集电极额定电流IC。它是指在额定的测试温度（壳温为25℃）条件下，IGBT所允许的集电极最大直流电流。

（5）集-射极饱和电压UCEO。IGBT在饱和导通时，通过额定电流的集射极电压，代表了IGBT的通态损耗大小。通常IGBT的集一射极饱和电压UCEO 在1.5～3V之间

主要生产厂家

英飞凌（infineon）德国

三菱（Mitsubishi）日本

ABB 瑞典

IR（国际整流器公司）美国

4.电力MOSFET是什么，主要参数和特性？

电力（功率）MOSFET即金属氧化物半导体场效应晶体管（Metal Oxide Semiconductor FieldEffect Transistor）有三个管脚，分别为栅极（Gate），漏极（Drain）