当在流动和不流动电流之间切换时，电荷（电流元素）积聚在线圈中并被放电。当电流通过电容器时，电荷会累积，如果电流不通过，则累积的电荷要么停留在那里，要么缓慢放电。此属性用于通过打开和关闭电流来产生交流电。这就是逆变器的原理。诸如晶体管之类的功率半导体执行这种开/关切换操作。

对于需要大量功率的逆变器，例如风力发电，例如1000V x 1000A可以达到1MW（100万瓦），因此需要功率半导体。如果需要更多功率，可以串联或并联添加更多晶体管。然而，即使是功率晶体管也可以表示为由串联或并联布置的等效小晶体管组成的等效电路。

大功率功率晶体管也可以由小型微控制器操作。然而，如果输入电压较低或输入电流较小，则功率晶体管无法被驱动。在这种情况下，称为“驱动器”或驱动晶体管的小功率晶体管的作用是放大输入电压或电流。微控制器驱动这些小功率晶体管。因此，为了控制逆变器，需要微控制器、驱动IC、晶体管和功率晶体管。这样就可以进行大功率的操作和控制。

现在，在风力发电中，转换器将交流电转换为直流电，从而消除风力涡轮机的转速变化。此外，逆变器用于将直流电转换为交流电，交流电可以具有任何所需的电压和频率。

简单来说，IGBT是逆变器中使用的功率晶体管，是在漏极侧添加了P区的MOS晶体管，并且工作为双极型（Bi=二，Polar=极性，因为它使用两种类型的载流子，电子和空穴），从而形成低电阻、高电压晶体管（图3）。由于只有当电压施加到输入端子的栅极时电流才会流动，因此很容易导通和截止。如上所述，晶闸管容易开通大电流，但难以关断，使电路变得复杂，这就是为什么有从晶闸管转向IGBT的原因。

[图3] IGBT MOS晶体管的截面结构具有插入N+层而不是集电极的p区的结构
创建者：津田健二

在功率晶体管中，有使用SiC和GaN等新材料代替硅IGBT的趋势，但在风力发电中，SiC和GaN很少使用，因为它们只能在50Hz或60Hz下发电。 IGBT 采用双极操作，因此开关比 MOSFET 慢，但 50Hz 和 60Hz 频率在电子上足够慢，因此无需使用昂贵的 SiC 或 GaN MOSFET。不过，这些新材料有可能用于直流输电，而不是50/60Hz交流电（参考资料2），但市场很小，所以我们不能期望太多。

功率MOSFET在太阳能发电中发挥着积极作用

在该系列的第一篇文章中，我提到太阳能发电或太阳能电池是光电二极管，仅在暴露于光时才会流动电流。这里产生的电必须转换成100V商用电。这也是逆变器发挥作用的地方。逆变器中使用的功率晶体管是功率MOSFET（MOS晶体管）和IGBT等低损耗、低成本器件。

在太阳能发电中，太阳能电池板常常串联起来以增加功率（图4）。将它们串联起来可以在不增加电流容量的情况下提高输出电压，其优点是不需要较粗的布线。另一方面，如果某些电池板处于阴凉处或被落叶覆盖，发电量减少，流向其他电池板的电流也会减少，从而减少总发电量。

【图4】太阳能发电基本都是串联
创建者：津田健二

然而，在电力系统中，通常会在不增加太多电流的情况下增加电压。这是因为为了增加电流容量，必须将电线做得更粗。电线越粗，自然会变得越重，因此在电网等应用中不允许使用粗电线。

大容量太阳能发电时，将太阳能电池板电压（几十伏）进一步升压，然后利用逆变电路转换为商用100V交流电。在这种情况下，通常使用 IGBT 或功率 MOS 晶体管作为逆变器。太阳能一般用作家庭和办公室的电源，其发电能力不如风电高。为此，太阳能发电往往会优先考虑成本，采用廉价的功率MOS管，几千瓦的家庭使用就足够了。例如，根据东芝的网站，许多家用太阳能发电面板的最大额定电压为450V，因此功率晶体管不需要承受高达1000V的电压。电流好像在10A左右。然而，对于巨型太阳能发电场等大型太阳能发电场，电压往往高达1200V，电流往往在100至300A左右，如富士电机的例子。