功率開(kāi)關(guān)器件的分類 功率開(kāi)關(guān)器件的選型原則

逆變電路中的功率開(kāi)關(guān)器件是實(shí)現(xiàn)直流電轉(zhuǎn)換為交流電的關(guān)鍵元件，其主要作用是在控制信號(hào)的作用下，將直流電源輸出的電能轉(zhuǎn)換為交流電能。在逆變電路中，功率開(kāi)關(guān)器件的性能直接影響到整個(gè)逆變器的效率、可靠性和安全性。本文將對(duì)逆變電路中的功率開(kāi)關(guān)器件進(jìn)行詳細(xì)介紹。

傳統(tǒng)的逆變器電路是由許多的分離元器件和模擬集成電路等構(gòu)成的，這種電路結(jié)構(gòu)元器件數(shù)量多，波形質(zhì)量差，控制電路繁瑣復(fù)雜。隨著逆變技術(shù)高效率、大容量的要求和逆變技術(shù)復(fù)雜程度的提高，需要處理的信息量越來(lái)越大，而微處理器和專用電路的發(fā)展?jié)M足了逆變器技術(shù)發(fā)展的要求。

逆變驅(qū)動(dòng)電路。光伏系統(tǒng)逆變器的逆變驅(qū)動(dòng)電路主要是針對(duì)功率開(kāi)關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)要得到好的PWM脈沖波形，驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)很重要。隨著微電子和集成電路技術(shù)的發(fā)展，許多專用多功能集成電路的陸續(xù)推出，給應(yīng)用電路的設(shè)計(jì)帶來(lái)了極大的方便，同時(shí)也使逆變器的性能得到極大的提高。例如，各種開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)電路SG3524、SG3525TL494、IR2130、TLP250等，在逆變器電路中得到廣泛應(yīng)用。

逆變控制電路。光伏逆變器中常用的控制電路主要是為驅(qū)動(dòng)電路提供符合要求的邏2)輯與波形，如PWM、SPWM控制信號(hào)等，從8位的帶有PWM口的微處理器到16位的單片機(jī)，直至32位的DSP器件等，使先進(jìn)的控制技術(shù)如矢量控制技術(shù)、多電平變換技術(shù)、重復(fù)控制技術(shù)、模糊邏輯控制技術(shù)等在逆變器中得到應(yīng)用。在逆變器中常用的微處理器電路有MP16、8XC196MC、PIC16C73、68HC16、MB90260、PD78366、SH7034、M37704、M37705等，常用的專用數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)電路有TMS320F206、TMS320F240、M586XX、DSPIC30、ADSP-219XX等。

一、功率開(kāi)關(guān)器件的分類

根據(jù)工作原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，功率開(kāi)關(guān)器件主要分為以下幾類：

雙極型晶體管(BJT)：雙極型晶體管是一種電流驅(qū)動(dòng)型功率開(kāi)關(guān)器件，具有高電壓、大電流承受能力，但導(dǎo)通損耗較大，適用于低頻率、高壓應(yīng)用場(chǎng)合。

絕緣柵雙極晶體管(IGBT)：絕緣柵雙極晶體管是一種電壓驅(qū)動(dòng)型功率開(kāi)關(guān)器件，具有較低的導(dǎo)通損耗和較高的開(kāi)關(guān)速度，廣泛應(yīng)用于中等功率范圍的逆變器。

金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)：金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管是一種電壓驅(qū)動(dòng)型功率開(kāi)關(guān)器件，具有較低的導(dǎo)通損耗和較高的開(kāi)關(guān)速度，適用于高頻、低壓應(yīng)用場(chǎng)合。

碳化硅(SiC)和氮化鎵(GaN)等寬禁帶半導(dǎo)體器件：這些新型半導(dǎo)體器件具有更高的工作頻率、更低的導(dǎo)通損耗和更高的溫度穩(wěn)定性，適用于高功率、高溫、高頻應(yīng)用場(chǎng)合。

二、功率開(kāi)關(guān)器件的選型原則

在逆變電路中，選擇合適的功率開(kāi)關(guān)器件對(duì)于提高整個(gè)逆變器的性能至關(guān)重要。在選擇功率開(kāi)關(guān)器件時(shí)，主要需要考慮以下幾個(gè)方面：

電壓和電流等級(jí)：根據(jù)逆變電路的輸入電壓和輸出電流要求，選擇合適耐壓和額定電流的功率開(kāi)關(guān)器件。

開(kāi)關(guān)頻率：根據(jù)逆變電路的工作頻率要求，選擇合適開(kāi)關(guān)速度的功率開(kāi)關(guān)器件。一般來(lái)說(shuō)，開(kāi)關(guān)頻率越高，逆變器的體積和重量越小，但開(kāi)關(guān)損耗越大。

導(dǎo)通損耗和開(kāi)關(guān)損耗：導(dǎo)通損耗是指功率開(kāi)關(guān)器件在導(dǎo)通狀態(tài)下產(chǎn)生的熱量，而開(kāi)關(guān)損耗是指功率開(kāi)關(guān)器件在開(kāi)通和關(guān)斷過(guò)程中產(chǎn)生的熱量。選擇低導(dǎo)通損耗和低開(kāi)關(guān)損耗的功率開(kāi)關(guān)器件，可以提高逆變器的效率。

溫度穩(wěn)定性：根據(jù)逆變電路的工作環(huán)境和散熱條件，選擇具有較高溫度穩(wěn)定性的功率開(kāi)關(guān)器件。

價(jià)格和供應(yīng)情況：在滿足性能要求的前提下，盡量選擇性價(jià)比較高的功率開(kāi)關(guān)器件。同時(shí)，要考慮供應(yīng)商的技術(shù)支持和售后服務(wù)能力。

三、功率開(kāi)關(guān)器件的保護(hù)措施

為了確保逆變電路的安全運(yùn)行，需要對(duì)功率開(kāi)關(guān)器件采取一定的保護(hù)措施，主要包括以下幾點(diǎn)：過(guò)壓保護(hù)：通過(guò)設(shè)置過(guò)壓保護(hù)閾值，防止輸入電壓超過(guò)功率開(kāi)關(guān)器件的最大耐壓值。

過(guò)流保護(hù)：通過(guò)設(shè)置過(guò)流保護(hù)閾值，防止負(fù)載短路或故障導(dǎo)致的電流過(guò)大損壞功率開(kāi)關(guān)器件。

過(guò)熱保護(hù)：通過(guò)監(jiān)測(cè)功率開(kāi)關(guān)器件的溫度，當(dāng)溫度超過(guò)設(shè)定閾值時(shí)，采取降低工作頻率或關(guān)閉功率開(kāi)關(guān)器件等措施，防止過(guò)熱損壞。