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在光伏系統(tǒng)中，光伏逆變器是光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心部件，可將光伏(PV)太陽能板產(chǎn)生的可變直流電壓轉(zhuǎn)換為市電頻率交流電(AC)，用以反饋回商用輸電系統(tǒng)，或是供離網(wǎng)的電網(wǎng)使用。隨著功率等級的不斷提高，以及整機體積的增加，光伏逆變器對功率器件的規(guī)格和散熱要求也越來越高。相比于傳統(tǒng)硅材料，碳化硅性能更為優(yōu)越，因此碳化硅功率器件在光伏逆變器的使用越來越廣泛。其中，碳化硅肖特基二極管無反向恢復(fù)電流，被廣泛應(yīng)用于光伏逆變器中的MPPT電路中，可顯著減小損耗，優(yōu)化散熱，降低成本。

  一、 碳化硅材料特性及優(yōu)勢介紹

  碳化硅作為寬禁帶半導(dǎo)體的代表性材料之一，其材料本征特性與硅材料相比具有諸多優(yōu)勢。以現(xiàn)階段最適合用于做功率半導(dǎo)體的4H型碳化硅材料為例，其禁帶寬度是硅材料的3倍，熱導(dǎo)率是硅材料的3倍，電子飽和漂移速率是硅的2倍，臨界擊穿場強更是硅的10倍。在硅基半導(dǎo)體器件性能已經(jīng)進入瓶頸期時，碳化硅材料的優(yōu)異特性讓它成為了下一代功率半導(dǎo)體器件的理想原材料。

圖1 4H型碳化硅與硅基材料特性對比

在硅基半導(dǎo)體器件性能已經(jīng)進入瓶頸期時，碳化硅材料的優(yōu)異特性讓它成為了下一代功率半導(dǎo)體器件的理想原材料。以光伏行業(yè)為例，碳化硅功率器件能為光伏逆變器帶來更高的轉(zhuǎn)換效率、更低的能量損耗，從而有效縮小系統(tǒng)體積、增加功率密度、延長器件使用壽命、降低生產(chǎn)成本等。

二、碳化硅肖特基二極管

  在光伏逆變器中的應(yīng)用優(yōu)勢

  對比硅的快恢復(fù)二極管，碳化硅肖特基二極管在BOOST電路中的應(yīng)用具有很大的優(yōu)勢，由于碳化硅肖特基二極管是肖特基結(jié)構(gòu)，且是多數(shù)載流子導(dǎo)電器件，不存在少數(shù)載流子壽命和反向恢復(fù)問題，因此碳化硅肖特基二極管可以降低對應(yīng)換流回路中的開關(guān)損耗，在更高的頻率環(huán)境中工作，且在相同工作頻率下具有更高的效率。

  在光伏逆變器中，碳化硅肖特基二極管主要用于BOOST電路，如圖2所示拓撲為Single Boost，是光伏逆變器中使用較為廣泛的拓撲，拓撲中的D1在使用碳化硅肖特基二極管時，可以降低對應(yīng)換流回路中開關(guān)管的開關(guān)損耗，降低溫升，從而減小散熱器的體積，可以提高頻率，減小磁性元器件的體積，降低成本。

  隨著光伏逆變器功率越來越高，碳化硅肖特基二極管的應(yīng)用優(yōu)勢得到了各大主流光伏逆變器廠商的一致認可，光伏行業(yè)成為目前碳化硅肖特基二極管使用量最大的市場之一。

圖2 Single Boost拓撲

  隨著光伏逆變器功率的提高與光伏組件的迭代，光伏逆變器中選用的碳化硅器件的規(guī)格也在不斷提升，對器件的浪涌能力、擊穿電壓、雪崩能量以及正向電流等參數(shù)要求都在變高。

  基本半導(dǎo)體面向光伏及儲能領(lǐng)域推出了碳化硅肖特基二極管、碳化硅MOSFET和碳化硅功率模塊三類產(chǎn)品。其中碳化硅肖特基二極管已經(jīng)在工商業(yè)光伏逆變器、組串式光伏逆變器、微型光伏逆變器領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。

  碳化硅功率器件的諸多優(yōu)勢，使其在光伏儲能、電動汽車、軌道交通、工業(yè)控制、智能電網(wǎng)等領(lǐng)域均有廣泛應(yīng)用。隨著光伏行業(yè)的快速發(fā)展，碳化硅器件在光伏逆變器的應(yīng)用不僅限于碳化硅肖特基二極管，在光伏逆變器的逆變部分，碳化硅MOSFET的應(yīng)用也越來越多，基本半導(dǎo)體“SiCer小課堂”后續(xù)也將會推出相關(guān)文章介紹，敬請關(guān)注。