太陽能逆變器中的功率電子器件如何選擇
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TrenchStop 工藝是先進(jìn)的溝槽柵（trench gate）和場終止層（fieldstop）概念的結(jié)合，可以進(jìn)一步降低導(dǎo)通損耗。 Trench gate工藝提供更高的溝道寬度，從而減小了溝道電阻。ndoped 場終止層只執(zhí)行一項(xiàng)任務(wù)：以極低的斷態(tài)電壓值抑制電場。這為設(shè)計(jì)出電場在n襯底層中幾乎是水平分布的創(chuàng)造了條件。這說明，材料的電阻非常低，因而在導(dǎo)通過程中，電壓降很低。電場終止層的優(yōu)勢，可通過進(jìn)一步降低芯片的厚度得以發(fā)揮，從而實(shí)現(xiàn)上述所有優(yōu)越性。采用TrenchStop工藝也可實(shí)現(xiàn)并聯(lián)。
表2給出了阻斷電壓為600V和1200V的IGBT的比較。對于這三種工藝來說，所使用的晶體管的額定功率都保持恒定。這就是說，電壓為600V時(shí)器件的電流，是電壓為1200V時(shí)器件的兩倍。也就是說，一個(gè)50A/600V的器件相當(dāng)于兩個(gè)25A/1200V的器件。
本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/168022.htm
從上表可以看出，與1200V的器件相比較，6
00V TrenchStop工藝可以將開關(guān)和導(dǎo)通損耗降低50%。因此， 對于整個(gè)系統(tǒng)來說，盡可能地使用600V工藝的優(yōu)異性能是很重要的。1200V TrenchStop工藝專為實(shí)現(xiàn)低導(dǎo)通損耗而進(jìn)一步優(yōu)化。因此，F(xiàn)ast工藝或 TrenchStop產(chǎn)品家族哪個(gè)更具有優(yōu)異性能, 取決于開關(guān)頻率。
IGBT通常還需要一個(gè)續(xù)流二極管，以使其能夠續(xù)流，這是EmCon工藝的一個(gè)特殊優(yōu)化版本。它是根據(jù)600V系列器件的15kHz開關(guān)頻率進(jìn)行優(yōu)化的。過去認(rèn)為，續(xù)流二極管必須具備非常低的導(dǎo)通電壓以實(shí)現(xiàn)最低總損耗。根據(jù)應(yīng)用要求可進(jìn)行其它優(yōu)化，以使二極管和IGBT中的總損耗更低。這說明，在頻率約為16kHz的IGBT和二極管的應(yīng)用中，為實(shí)現(xiàn)低開關(guān)損耗，更高的正向電壓降更為合適。
這一點(diǎn)在圖6（600V系列）中得以說明。左柱表示TrenchStop IGBT和EmCon3工藝中EmCon 二極管的損耗。右柱表示TrenchStop IGBT和為實(shí)現(xiàn)低傳導(dǎo)損耗而進(jìn)行優(yōu)化后的二極管（稱為Emcon2工藝）的損耗。右柱中的同一二極管與采用英飛凌的Fast工藝（600V）的IGBT 結(jié)合使用。條形圖中黃色和橙色的部分分別代表IGBT的導(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗。深藍(lán)色和淺藍(lán)色部分分別是二極管的導(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗。
很容易看出，在開關(guān)頻率為16kHz，負(fù)荷角的余弦值為 0.7和額定電流的情況下，Emcon3二極管在導(dǎo)通過程中會產(chǎn)生更高損耗（深藍(lán)色），但能得到更好的開關(guān)性能。因此，就這一點(diǎn)而言，二極管本身已經(jīng)是很好的選擇了。 此外，它還降低了IGBT在開通過程中的開關(guān)損耗。上述第2部分的考慮事項(xiàng)同樣適用于此處。使用優(yōu)化的EmCon二極管可使損耗降低1W左右，這是它的一個(gè)優(yōu)勢。請注意，當(dāng)負(fù)荷角接近1的時(shí)候，開關(guān)損耗將成為主要的損耗，因?yàn)槎O管只在輸出逆變器死區(qū)期間導(dǎo)通。
結(jié)論
功率半導(dǎo)體器件需要具備不同的特性，才能在太陽能逆變器應(yīng)用中達(dá)到最高效率。新工藝的出現(xiàn)，如碳化硅半導(dǎo)體二極管或TrenchStop IGBT等， 正在幫助人們實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。當(dāng)然，要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，不僅要對單個(gè)器件進(jìn)行優(yōu)化， 而且還要對這些器件組合在一起發(fā)生作用的方式進(jìn)行優(yōu)化。這將實(shí)現(xiàn)最小損耗和最高效率，而這正是太陽能逆變器最重要的兩項(xiàng)指標(biāo)。
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