在全球積極邁向無碳社會以及能源短缺問題日益嚴峻的大背景下，可再生能源承載著世界各國的深切期望，成為推動可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵力量。為了更高效地利用這些寶貴的能源資源，提升能源利用效率、改進逆變器技術(shù)迫在眉睫，這已成為當下能源領(lǐng)域的核心任務。而在這一過程中，功率元器件和模擬 IC 發(fā)揮著舉足輕重的作用，它們?nèi)缤軆x器中的核心齒輪，在很大程度上決定了逆變器的節(jié)能性能與效率。通過精準匹配應用場景，合理選用功率元器件和模擬 IC，能夠顯著提升逆變器的功率轉(zhuǎn)換效率，大幅降低工業(yè)設備的功耗，為實現(xiàn)節(jié)能目標提供堅實保障。接下來，本文將深入剖析在新型逆變器中廣泛應用的先進功率元器件和模擬 IC 的獨特特性及顯著優(yōu)勢。

逆變器：工業(yè)節(jié)能的核心樞紐

逆變器，作為電力轉(zhuǎn)換領(lǐng)域的關(guān)鍵設備，肩負著將直流電(DC)轉(zhuǎn)換為交流電(AC)并精準、高效地提供所需電力的重任。其工作原理基于一系列復雜而精妙的電路設計和電力電子技術(shù)，通過對電流和電壓的精確控制，實現(xiàn)電能形式的轉(zhuǎn)變。在實際應用中，高效的逆變器猶如為設施和設備注入了強大動力，能夠顯著提升其整體性能，同時大幅降低能耗。以常見的工業(yè)場景為例，在工廠的自動化生產(chǎn)線中，高效逆變器可確保電機平穩(wěn)、高效運行，減少能源浪費，提高生產(chǎn)效率;在智能建筑的通風與空調(diào)系統(tǒng)里，它能根據(jù)實際需求實時調(diào)整電力輸出，實現(xiàn)精準控溫，降低系統(tǒng)能耗。

在大眾認知中，逆變器常與工業(yè)自動化(FA)應用緊密相連，例如用于精準控制電機轉(zhuǎn)速，確保電泵、風門、風扇、鼓風機以及空調(diào)等設備穩(wěn)定、高效運行。然而，逆變器的功能遠不止于此，其在電能轉(zhuǎn)換方面的卓越能力，使其成為工業(yè)設備邁向節(jié)能之路的核心技術(shù)。特別是在當今全球大力倡導無碳社會和碳中和的時代背景下，太陽能發(fā)電設施中廣泛應用的光伏逆變器市場以及蓬勃發(fā)展的充電樁市場，對逆變器的能量轉(zhuǎn)換效率提出了更為嚴苛的要求。高轉(zhuǎn)換效率的逆變器不僅能夠提高太陽能發(fā)電的利用率，減少能源損耗，還能加快充電樁的充電速度，提升用戶體驗，因此市場需求呈現(xiàn)出迅猛增長的態(tài)勢。

功率元器件：逆變器節(jié)能的關(guān)鍵引擎

在逆變器進行功率轉(zhuǎn)換的復雜過程中，約 90% 的功率損耗源于功率元器件。這一數(shù)據(jù)清晰地表明，功率元器件的性能優(yōu)劣如同基石，直接決定了逆變器性能的高低。在工業(yè)設備領(lǐng)域，技術(shù)革新的浪潮正以前所未有的速度席卷而來。曾經(jīng)占據(jù)主導地位的 Si 功率元器件，正逐漸被性能更為卓越的 SiC 功率元器件和 GaN 功率器件所取代，這一趨勢在逆變器領(lǐng)域尤為顯著。

面對市場上琳瑯滿目的功率元器件，如何為逆變器挑選最為合適的產(chǎn)品成為關(guān)鍵問題。值得注意的是，簡單地將傳統(tǒng)元器件更換為新型的 SiC 或 GaN 器件，并不能一勞永逸地解決所有問題。不同的設施規(guī)模、多樣化的需求，決定了必須因地制宜地制定解決方案。只有精準把握設施需求和實際用途，選擇與之匹配的功率元器件解決方案，才能打造出性價比超高、能量轉(zhuǎn)換效率卓越的逆變器，真正實現(xiàn)通過逆變器達成節(jié)能目標。以羅姆的功率元器件產(chǎn)品群為例，其豐富的產(chǎn)品線和卓越的性能為用戶提供了多樣化的選擇。

1. 追求極致轉(zhuǎn)換效率

當用戶首要目標是提高轉(zhuǎn)換效率、增加發(fā)電量時，SiC MOSFET 和 SiC SBD 等 SiC 器件無疑是最佳選擇。SiC 器件憑借其與生俱來的優(yōu)異特性，如高耐壓能力、低導通電阻以及快速的開關(guān)速度，在提升轉(zhuǎn)換效率方面展現(xiàn)出巨大優(yōu)勢。在實際應用中，以家用光伏逆變器為例，當用 SiC 器件替代傳統(tǒng) Si 器件時，在平均照度條件下，發(fā)電量可提高約 3.4%。具體而言，在 1kW - 2kW 的發(fā)電功率區(qū)間，發(fā)電能力預計可提升約 45W，全年累計可多發(fā)電約 210kWh;若發(fā)電功率提升至 5kW，發(fā)電能力預計可改善約 130W，全年多發(fā)電約 570kWh。此外，隨著工業(yè)發(fā)展對電力需求的不斷增長，支持高電壓和大電流的逆變器需求也與日俱增，SiC 器件在這一領(lǐng)域同樣展現(xiàn)出強大的適應性和優(yōu)勢。

2. 平衡效率與成本

對于那些既渴望提高轉(zhuǎn)換效率，又對成本控制有著嚴格要求的用戶，Hybrid - IGBT 成為理想之選。Hybrid - IGBT 創(chuàng)新性地在傳統(tǒng) IGBT 的反饋單元(續(xù)流二極管)中采用了羅姆低損耗的 SiC SBD，這種巧妙的設計使其成為一種 Hybrid 型 IGBT。與傳統(tǒng) IGBT 相比，Hybrid - IGBT 在導通時的開關(guān)損耗大幅降低。該系列產(chǎn)品廣泛適用于處理大功率的工業(yè)設備和汽車電子設備，如電動汽車(xEV)中的車載充電器和 DC - DC 轉(zhuǎn)換器，以及太陽能發(fā)電系統(tǒng)中的光伏逆變器等。其獨特優(yōu)勢在于，功率損耗低于傳統(tǒng) Si 器件，同時成本效益優(yōu)于 SiC 器件，為用戶在提高效率的同時有效控制成本提供了切實可行的解決方案。

3. 助力設備小型化與輕量化

在現(xiàn)代工業(yè)設計中，對設備的要求日益嚴苛，不僅期望其具備出色的節(jié)能性能，還追求更小的體積和更輕的重量。特別是在太陽能發(fā)電設施領(lǐng)域，分布式系統(tǒng)的廣泛普及使得減輕設備重量、降低安裝成本成為行業(yè)發(fā)展的重要趨勢，這也促使相關(guān)產(chǎn)品不斷向小型化方向邁進。針對這一需求，GaN 器件憑借其出色的開關(guān)特性和高頻特性，逐漸嶄露頭角，成為微型逆變器的理想選擇。在現(xiàn)有的集中式光伏逆變器中，GaN 器件作為替代品也已開始逐步普及。其導通電阻低于 Si 器件，在實現(xiàn)更低功耗和設備小型化方面潛力巨大。以太陽能發(fā)電設施所用的光伏逆變器為例，在其 MPPT(Maximum Power Point Tracking)和蓄電單元采用 GaN 器件后，與采用 SiC 器件相比，能夠進一步降低構(gòu)成電路的線圈部件的電感值(L)。這一優(yōu)勢使得在實際設計中，可以減少繞線匝數(shù)，或者選用尺寸更細的芯材，從而顯著縮小線圈體積。同時，GaN 器件的應用還可減少電解電容器的數(shù)量，與傳統(tǒng) Si 器件(IGBT)相比，所需安裝面積更小。羅姆將有助于應用產(chǎn)品實現(xiàn)節(jié)能和小型化的 GaN 器件命名為 “EcoGaN?系列”，并持續(xù)投入研發(fā)力量，致力于進一步提升器件性能。此外，利用 SiC MOSFET 在高溫環(huán)境下優(yōu)異的工作特性優(yōu)勢，也是實現(xiàn)設備小型化和輕量化的有效途徑。由于 SiC MOSFET 容許損耗低、發(fā)熱量少，通過合理搭配合適的外圍元器件，可以減小散熱器件的數(shù)量和尺寸，從而有效減輕逆變器的重量。

模擬 IC：逆變器性能的幕后推手

與功率元器件同樣重要的是，電源 IC 和柵極驅(qū)動器等模擬 IC 對逆變器性能的影響不容小覷。電源 IC，作為電氣設備的 “心臟”，承擔著控制設備運行所需電壓的關(guān)鍵職責。它能夠?qū)⑤斎腚妷壕珳兽D(zhuǎn)換為設備各部分所需的合適電壓，并確保穩(wěn)定供電，為設備的穩(wěn)定運行提供堅實保障。柵極驅(qū)動器則專注于控制 MOSFET 和 IGBT 的驅(qū)動，通過精確控制柵極電壓，實現(xiàn)器件的 ON/OFF 開關(guān)動作。由于在開關(guān)過程中會產(chǎn)生大量功率損耗，因此柵極驅(qū)動器對于提高逆變器的節(jié)能性能至關(guān)重要。其應用范圍廣泛，不僅適用于使用大電流的工業(yè)設備，還在要求高耐壓的應用場景中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

1. 電源 IC

在逆變器用電源 IC 的選擇上，內(nèi)置 SiC MOSFET 的電源 IC 具有顯著優(yōu)勢。這類產(chǎn)品將 SiC MOSFET 巧妙集成于電源 IC 內(nèi)部，使得應用產(chǎn)品無需再單獨進行 SiC MOSFET 驅(qū)動電路設計。這一創(chuàng)新設計不僅大大減少了元器件數(shù)量，簡化了電路結(jié)構(gòu)，還能夠借助內(nèi)置的保護電路實現(xiàn)安全可靠的柵極驅(qū)動，有效提高了逆變器的整體性能和穩(wěn)定性。

2. 柵極驅(qū)動器 IC

盡管 SiC MOSFET 和 GaN 器件具備出色的性能，但它們的開關(guān)控制相對復雜，對柵極驅(qū)動器 IC 的性能提出了更高要求。羅姆憑借深厚的技術(shù)積累，擁有豐富的柵極驅(qū)動器 IC 產(chǎn)品群，能夠更好地驅(qū)動各類功率器件。例如，羅姆專門為 GaN 器件開發(fā)的柵極驅(qū)動器 IC，能夠充分激發(fā) GaN 的高速開關(guān)性能，為應用產(chǎn)品實現(xiàn)節(jié)能和小型化提供有力支持。

3. 分流電阻器

在電流檢測用途中，分流電阻器作為重要元件，對大功率應用產(chǎn)品的小型化發(fā)揮著關(guān)鍵作用。隨著應用產(chǎn)品功率的不斷提升，對能夠處理大功率且阻值低的分流電阻器的需求持續(xù)增長。羅姆的分流電阻器產(chǎn)品具有優(yōu)異的散熱性能和出色的溫度特性，其產(chǎn)品陣容中包括支持高達 4W - 10W 級額定功率的低阻值分流電阻器 GMR 系列。使用該系列產(chǎn)品，即便在大功率工作條件下，也能實現(xiàn)高精度的電流檢測，為設備的安全運行、節(jié)能以及小型化提供可靠保障。

總結(jié)

為提高能源利用率，逆變器技術(shù)正以前所未有的速度蓬勃發(fā)展，已成為包括工業(yè)應用在內(nèi)的各種能源設備不可或缺的核心組成部分。通過巧妙運用逆變器技術(shù)，將直流電轉(zhuǎn)換為交流電，并根據(jù)實際需求進行精準供電優(yōu)化，能夠有效減少能源浪費，顯著延長設施和設備的使用壽命。更為重要的是，通過選用契合應用需求和目的的理想半導體解決方案，能夠進一步挖掘逆變器的潛力，大幅提高其功率轉(zhuǎn)換效率。羅姆等半導體企業(yè)積極推動先進功率元器件和模擬 IC 在逆變器中的廣泛應用，為促進各種設備的節(jié)能事業(yè)貢獻力量，助力全球加速邁向可持續(xù)發(fā)展社會。隨著技術(shù)的不斷進步和創(chuàng)新，相信在先進半導體技術(shù)的加持下，工業(yè)用能源設備的節(jié)能之路將越走越寬廣，為實現(xiàn)全球能源可持續(xù)發(fā)展目標注入強大動力。