基于IGBT光伏發電逆變電路的設計

摘要：為滿足高壓大容量逆變系統的要求，設計采用絕緣柵雙極晶體管IGBT組成逆變電路的光伏發電系統。通過對太陽能光伏發電原理的簡單了解，比較場效應管MOSFET和絕緣柵雙極晶體管IGBT構成的逆變電路，針對IGBT構成的逆變電路中的重要環節分別提出改進方案來優化電路設計。最終既滿足對高壓大容量系統要求，又可以提高整個系統工作效率，使得整個系統達到最優狀態。
關鍵詞：太陽能；光伏發電；逆變電路；絕緣柵雙極晶體管

國內外大多數光伏發電系統是采用功率場效應管MOSFET構成的逆變電路。然而隨著電壓的升高，MOSFET的通態電阻也會隨著增大，在一些高壓大容量的系統中，MOSFET會因其通態電阻過大而導致增加開關損耗的缺點。相比之下，絕緣柵雙極晶體管IGBT通態電流大，正反向組態電壓比較高，通過電壓來控制導通或關斷，這些特點使IGBT在中、高壓容量的系統中更具優勢，因此采用IGBT構成太陽能光伏發電關鍵電路的開關器件，有助于減少整個系統不必要的損耗，使其達到最佳工作狀態。

1 原理
1．1 系統結構
太陽能光伏發電的實質就是在太陽光的照射下，太陽能電池陣列(即PV組件方陣)將太陽能轉換成電能，輸出的直流電經由逆變器后轉變成用戶可以使用的交流電。原理圖如圖1所示。

逆變器是太陽能光伏發電系統中的關鍵部件，因為它是將直流電轉化為用戶可以使用的交流電的必要過程，是太陽能和用戶之間相聯系的必經之路。因此要研究太陽能光伏發電的過程，就需要重點研究逆變電路這一部分。如圖2(a)所示，是采用功率場效應管MOSFET構成的比較簡單的推挽式逆變電路，其變壓器的中性抽頭接于電源正極，MOSFET的一端接于電源負極，功率場效應管Q1，Q2交替的工作最后輸出交流電力，但該電路的缺點是帶感性負載的能力差，而且變壓器的效率也較低，因此應用起來有一些條件限制。采用絕緣柵雙極晶體管IGBT構成的全橋逆變電路如圖2(b)所示。其中Q1和Q2之間的相位相差180°，其輸出交流電壓的值隨Q1和Q2的輸出變化而變化。Q3和Q4同時導通構成續流回路，所以輸出電壓的波形不會受感性負載的影響，所以克服了由MOSFET構成的推挽式逆變電路的缺點，因此采用IGBT構成的全橋式逆變電路的應用較為廣泛一些。