采用IGBT作為功率開關的500W太陽能逆變器設計

　　與快速和標準速度的平面器件相比，開關速度為20kHz的超快速溝道型IGBT可以提供最低的總導通損耗和開關功率損耗。同樣，對于低壓端開關電路，工作在60Hz的標準速度IGBT可以提供最低的功率損耗。

　　研究高壓(600V)超快速溝道型IGBT的開關特性可以清楚地發現，這些器件工作在20kHz時具有最佳性能。這些器件在這些頻率點可以提供最小的開關損耗，包括更低的集電極到發射極飽和電壓(VCE(on))和總開關能量(ETS)，從而使總導通損耗和開關功率損耗保持最小。因此，高壓端功率器件通常選用超快速溝道型IGBT，如IRGB4062DPBF。

　　事實上，為進一步降低開關功率損耗，IRGB4062DPBF在同一封裝內還集成了一個超快速軟恢復二極管。高壓端晶體管的開關頻率選在20kHz的另一個好處是輸出電感可以做得很小，使諧波分量的濾除非常容易。此外，這些IGBT不要求短路率，因為當逆變器輸出短路時，輸出電感L1和L2將限制電流di/dt，從而給控制器留出足夠的反應時間。

　　此外，有短路率要求的IGBT可以比相同尺寸的無短路率IGBT提供更高的VCE(on)和更高的ETS。這樣，有短路率要求的IGBT的功率損耗會更大，從而降低電源逆變器的效率。

　　除了能在相同封裝內提供更低導通和開關損耗、更大的電流密度外，超快速溝道型IGBT可以提供正方形反向偏置工作區和175°的最大結點溫度，并能承受4倍的額定電流。

　　與高壓端器件不同，導通損耗是低壓端IGBT的主要因素。因為低壓端晶體管的工作頻率只有60Hz，所以這些器件的開關損耗不是很明顯。標準速度的平面IGBT是專門針對低頻率和低導通損耗優化了的器件。因此當低壓端器件開關頻率為60Hz時，這些低壓端器件可以使用標準速度的平面IGBT實現最低功率損耗。

　　由于這些器件的開關損耗不大，所以不會影響標準速度平面IGBT的總功率損耗。因此，標準速度IGBT IRG4BC20SD是低壓端功率器件的正確選擇。

　　封裝內集成了超快速、軟恢復、反平行二極管的第四代IGBT，針對最小飽和電壓與低工作頻率(1kHz)作了優化，典型的VCE(on)在電流為10A時是1.4V。跨接低壓端IGBT的同封裝二極管具有特別低的前向電壓降和反向泄漏電流，可以使續流(freewheeling)和反向恢復期間的損耗達到最小。

　　這個設計中的開關技術具有如下優勢：通過允許高壓端和低壓端IGBT獨立優化實現很高的效率;高壓端、同封裝的軟恢復二極管沒有續流時間，從而消除了不必要的開關損耗;低壓端IGBT的開關頻率只有60Hz，因此導通損耗是這些IGBT的主要因素;沒有交叉導通，因為任何時間點的開關都發生在對角的兩個器件上(Q1和Q4或Q2和Q3);不存在總線直通的可能性，因為橋的同一邊上的IGBT永遠不可能以互補方式開關;跨接低壓端IGBT的同封裝、超快速、軟恢復二極管經過優化可以使續流和反向恢復期間的損耗達到最小。

　　功能和性能

　　在系統級電源逆變器電路中，H橋的每條邊都使用高電壓、高速柵極驅動器IC進行驅動，并且這些IC具有獨立的低壓端和高壓端參考輸出通道(圖3)。驅動器IRS2106SPBF的浮動通道允許對高壓端功率晶體管進行自舉電源操作。

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