IGBT器件在太阳能光伏逆变器中的应用

  在太阳能逆变器的设计中，常用的IGBT分别为平面型IGBT和沟道型IGBT。在平面型IGBT中，多晶硅栅极是呈“平面”分布或者相对于p+体区是水平分布的。在沟道型IGBT中，多晶硅栅极是以“沟道方式向下”进入p+体区。这种结构有一个优点，就是可以减小通道对电子流的阻力并消除电流拥挤现象，因为此时电子垂直地在通道中流过。在平面型IGBT中，电子以某种角度进入通道，引起电流拥挤，从而增加电子流的阻力。在沟道型IGBT中，电子流的增强使Vce(on)大幅度降低。

除了降低Vce(on)外，通过将IGBT改成更薄的结构可以降低开关能量。结构越薄则空穴-电子复合速度就越快，这降低了IGBT关断时的拖尾电流。为保持相同的耐击穿电压能力，在沟道型IGBT内构造了一个n场阻止层，以便在IGBT上的电压增大时，阻止电场到达集电极区域。这样实现的更低的传导能量和开关能量允许逆变器的尺寸更小，或者相同尺寸逆变器的功率密度更大。

在太阳能发电系统中太阳能电池板需要串联或并联工作，太阳能模块产生的直流电压在几百伏的数量级，如600V或1200V。上述最新的IGBT技术使得针对20kHz开关应用的最新一代600V沟道型IGBT得以实现。以IR公司采用全桥拓扑构建的500W直流/交流逆变器演示板为例，通过测量所降低功耗表明，采用新型经优化的沟道型IGBT器件，可使散热片温度降低16%。功耗的降低使IGBT的效率比前一代IGBT器件提高了近30%。

一般来说，在直流/交流逆变器系统设计中，选择IGBT器件的基本准则是提高转换效率、降低系统散热片的尺寸、提高相同电路板上的电流密度。目前，市场上多家公司提供用于太阳能逆变器的功率器件，其中，包括IR、英飞凌、ST、飞兆半导体、Vishay、Microsemi、东芝等公司。