逆變器是將直流電壓轉(zhuǎn)換為交流電壓的任何光伏系統(tǒng)的關(guān)鍵組件。其效率很大程度上受到功率晶體管的開(kāi)關(guān)損耗的影響。
　　通過(guò)正確的電路拓?fù)湟约白罴训脑x擇可以實(shí)現(xiàn)最高的效率。為了提高效率，由帶隙更寬的半導(dǎo)體材料制成的GaN或SiC晶體管越來(lái)越多地應(yīng)用于逆變器中。然而，此類技術(shù)的成本明顯高于硅基元件。
　　因此，具有成本效益的系統(tǒng)需要?jiǎng)?chuàng)新的電路設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)應(yīng)實(shí)現(xiàn)盡可能高的效率，同時(shí)使用硅基元件。　　使用半橋，我們將解釋如何通過(guò)顯著降低開(kāi)關(guān)損耗來(lái)優(yōu)化逆變器的效率。作為示例，我們考慮了從阻塞上開(kāi)關(guān)晶體管的續(xù)流二極管到下開(kāi)關(guān)晶體管的電流換向（圖 1）。

　　切換半橋時(shí)的電流換向和功率損耗機(jī)制
　　圖 1：切換半橋時(shí)的電流換向和功率損耗機(jī)制
　　與電阻損耗一起發(fā)生的開(kāi)關(guān)損耗由兩種功率損耗機(jī)制決定。一是存儲(chǔ)在續(xù)流二極管中的反向恢復(fù)電荷（Q rr ）。這導(dǎo)致激活的下部開(kāi)關(guān)晶體管中出現(xiàn)電流峰值，該晶體管轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)。另一種是上開(kāi)關(guān)晶體管的 輸出電容(C OSS )反轉(zhuǎn)期間出現(xiàn)的充電電流峰值。
　　圖 2 中所示的兩種開(kāi)關(guān)拓?fù)?– 同步反向阻斷 (SRB) 和高級(jí) SRB 1 (A-SRB) – 大大減少了開(kāi)關(guān)損耗的來(lái)源。
　　　圖 2：降低半橋開(kāi)關(guān)損耗的技術(shù)
　　通過(guò)同步反向阻斷（SRB），開(kāi)關(guān)晶體管Q1的續(xù)流二極管中的反向電流被串聯(lián)連接的第二開(kāi)關(guān)晶體管Q2阻斷。 Q2 與 Q1 同步控制。反向電流通過(guò)具有高擊穿電壓和極低反向恢復(fù)電荷的并聯(lián)碳化硅 (SiC) 肖特基二極管。這顯著降低了 Qrr 的影響。 Q2 的續(xù)流二極管已極化，因此該晶體管上不會(huì)形成高電壓。低壓型（60V）就足夠了。
　　借助高級(jí) SRB (A-SRB)，通過(guò)將 Q1 預(yù)充電至低電壓，可顯著降低重新加載 Q1 輸出電容時(shí)造成的功率損耗。漏極-源極電壓VDS上的輸出電容C OSS的特性表現(xiàn)出非常高的電壓依賴性。 VDS 從 0 增加到大約 40V 會(huì)使電容減小 100 倍。這意味著在開(kāi)關(guān)過(guò)程中，當(dāng) Q1 的 VDS 較低時(shí)，主要會(huì)出現(xiàn)導(dǎo)致?lián)p耗的充電電流。然而，Q1 上的低電壓與轉(zhuǎn)換到導(dǎo)通狀態(tài)的半橋下部晶體管上的高電壓同樣重要。因此，充電電流峰值會(huì)產(chǎn)生高功率損耗?！　≡诎霕蛳麻_(kāi)關(guān)晶體管導(dǎo)通之前，C OSS由 Q1 預(yù)充電至 40V，意味著充電電流的主要部分不流過(guò)該晶體管，因此幾乎不會(huì)造成功率損耗。預(yù)充電由附加電壓源執(zhí)行，該電壓源通過(guò)柵極驅(qū)動(dòng)器 IC 中的電荷泵實(shí)現(xiàn)。

　　A-SRB 電路拓?fù)涞慕M件
　　圖 3：A-SRB 電路拓?fù)涞慕M件　　圖 3 顯示了 A-SRB 電路拓?fù)涞年P(guān)鍵組件。實(shí)際的開(kāi)關(guān)晶體管(Q1)是高壓超結(jié)DTMOS IV型MOSFET，其最大阻斷電壓例如為650V。與Q1串聯(lián)的輔助晶體管Q2是低壓超結(jié)UMOS VIII型MOSFET，阻斷電壓為60V。續(xù)流二極管采用反向恢復(fù)電荷極低的 SiC 肖特基二極管。這種特殊的電路拓?fù)溆蓪Ｓ玫腡1HZ1F驅(qū)動(dòng)器IC控制。該 IC 根據(jù) PWM 輸入信號(hào)生成晶體管柵極所需的所有控制信號(hào)以及用于對(duì) Q1 輸出電容進(jìn)行預(yù)充電的充電脈沖。

　　適用于 A-SRB 的電路拓?fù)?br>　　圖 4：適合 A-SRB 的電路拓?fù)?br>　　東芝的 A-SRB 技術(shù)可大大降低開(kāi)關(guān)損耗。它適用于廣泛的應(yīng)用，例如太陽(yáng)能逆變器、DC/DC 轉(zhuǎn)換器、功率因數(shù)校正 (PFC) 和電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制。圖 4 顯示了適合 A-SRB 的電源轉(zhuǎn)換器拓?fù)溥x擇。突出顯示的晶體管只需替換為圖 3 中所示的 A-SRB 電路拓?fù)??！　∈褂?A-SRB 提高效率

　　為了證明 A-SRB 的有效性，在使用和不使用 ASRB 的情況下對(duì)逆變橋（H4 拓?fù)洌┻M(jìn)行了 SPICE 仿真。對(duì)于雙極性調(diào)制，圖 5 顯示了使用具有低 RDS(on)（100A、600V）的東芝 DTMOS IV 型開(kāi)關(guān)晶體管時(shí)，A-SRB 在不同輸出功率和開(kāi)關(guān)頻率下實(shí)現(xiàn)的更高效率。由于 A-SRB 降低了開(kāi)關(guān)損耗，因此可以在高開(kāi)關(guān)頻率下實(shí)現(xiàn)最高效率增益。本例中實(shí)現(xiàn)的最大效率增益約為 4%。
　　該系統(tǒng)的主要部分，具有 A-SRB 功能的逆變橋，可以根據(jù)額定功率以不同的方式實(shí)現(xiàn)。對(duì)于最大輸入功率約為300W的模塊逆變器，東芝提供T1JM4模塊。它集成了一個(gè)完整的半橋，包括具有 A-SRB 功能的柵極驅(qū)動(dòng)器、開(kāi)關(guān)晶體管和 SiC 肖特基二極管。對(duì)于輸入功率高達(dá) 5kW 的太陽(yáng)能逆變器，分立式柵極驅(qū)動(dòng)器可作為與開(kāi)關(guān)元件組合的套件提供。
　　　圖 6：使用 A-SRB 實(shí)現(xiàn)逆變橋的不同選項(xiàng)