MOSFET逆变器和IGBT逆变器电路图对比
eeskill 2022-11-22

太阳能光伏发电的实质就是在太阳光的照射下,太阳能电池阵列(即PV组件方阵)将太阳能转换成电能,输出的直流电经由逆变器后转变成用户可以使用的交流电。以往的光伏发电系统是采用功率场效应管MOSFET构成的逆变电路。然而随着电压的升高,MOSFET的通态电阻也会随着增大,在一些高压大容量的系统中,MOSFET会因其通态电阻过大而导致增加开关损耗的缺点。在实际项目中IGBT逆变器已经逐渐取代功率场效应管MOSFET,因为绝缘栅双极晶体管IGBT通态电流大,正反向组态电压比较高,通过电压来控制导通或关断,这些特点使IGBT在中、高压容量的系统中更具优势,因此采用IGBT构成太阳能光伏发电关键电路的开关器件,有助于减少整个系统不必要的损耗,使其达到最佳工作状态。在实际项目中IGBT逆变器已经逐渐取代功率场效应管MOSFET。

图1:太阳能光伏发电流程

IGBT逆变器的工作原理

逆变器是太阳能光伏发电系统中的关键部件,因为它是将直流电转化为用户可以使用的交流电的必要过程,是太阳能和用户之间相联系的必经之路。因此要研究太阳能光伏发电的过程,就需要重点研究逆变电路这一部分。如图2(a)所示,是采用功率场效应管MOSFET构成的比较简单的推挽式逆变电路,其变压器的中性抽头接于电源正极,MOSFET的一端接于电源负极,功率场效应管Q1,Q2交替的工作最后输出交流电力,但该电路的缺点是带感性负载的能力差,而且变压器的效率也较低,因此应用起来有一些条件限制。采用绝缘栅双极晶体管IGBT构成的全桥逆变电路如图2(b)所示。其中Q1和Q2之间的相位相差180°,其输出交流电压的值随Q1和Q2的输出变化而变化。Q3和Q4同时导通构成续流回路,所以输出电压的波形不会受感性负载的影响,所以克服了由MOSFET构成的推挽式逆变电路的缺点,因此采用IGBT构成的全桥式逆变电路的应用较为广泛一些。

图2:MOSFET逆变器和IGBT逆变器电路图对比

绝缘栅双极晶体管IGBT是相当于在MOSFET的漏极下增加了P+区,相比MOSFET来说多了一个PN结,当IGBT的集电极与发射极之间加上负电压时,此PN结处于反向偏置状态,其集电极与发射极之间没有电流通过,因此IGBT要比MOSFET具有更高的耐压性。也是由于P+区的存在,使得IGBT在导通时是低阻状态,所以相对MOSFET来说,IGBT的电流容量要更大一些。

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