提高太陽能逆變器設(shè)計的效率

隨著美國進(jìn)入夏季，我已經(jīng)開始向往在海灘度假，在池畔燒烤的日子。我在佛羅里達(dá)州南部長大，現(xiàn)居住在德克薩斯州，炎熱和陽光燦爛的日子對我來說再熟悉不過。同樣，在夏季繳納更高的電費(fèi)對我來說也早已習(xí)以為常。從積極的角度想，陽光燦爛的日子也帶來了很多好處，其中一個就是太陽能。

太陽能有助于降低發(fā)電相關(guān)成本。這個行業(yè)最熱門的話題之一就是電源轉(zhuǎn)換效率。為了提高0.1%的效率，太陽能逆變器制造商往往需要投入大量的時間。考慮到更高的效率和增加的能源之間的關(guān)聯(lián)性，亦即更快的光伏（PV）系統(tǒng)的投資回報速度，那么確定逆變器將太陽能電池板的直流電轉(zhuǎn)換為家用交流電的能力將至關(guān)重要。

微逆變器和太陽能優(yōu)化器是太陽能市場中兩種快速發(fā)展的架構(gòu)。圖1所示為太陽能微逆變器的典型框圖。該微逆變器轉(zhuǎn)換來自單個PV模塊的功率，且通常設(shè)計用于250W至400W的最大輸出功率。

圖1：典型的太陽能微逆變器

為最大化PV面板性能，微逆變器的前端是DC/DC級，其中數(shù)字控制器執(zhí)行最大功率點(diǎn)跟蹤（MPPT）。最常見的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是非隔離式DC/DC升壓轉(zhuǎn)換器。對于單個太陽能電池板，軌道或直流環(huán)節(jié)通常為36V；對于此電壓范圍，您可以使用標(biāo)準(zhǔn)硅金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管（MOSFETs）進(jìn)行DC/DC轉(zhuǎn)換。

鑒于減小尺寸是一個優(yōu)先事項（因此微逆變器和功率優(yōu)化器將適合光伏系統(tǒng)的后端），太陽能逆變器制造商正在采用氮化鎵（GaN）技術(shù)，因為它能夠以更高頻率切換。較高頻率減小了微逆變器和太陽能優(yōu)化器應(yīng)用中的大型磁性元件的尺寸。

DC/AC級或次級通常使用H橋拓?fù)?；對于微逆變器，軌道電壓約為400V。目前，柵極驅(qū)動器可以使用多種隔離技術(shù)來隔離控制器與電源開關(guān)，并可同時驅(qū)動高頻開關(guān)。這些要求由信號隔離的安全標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動。

德州儀器（TI）的UCC21220基本隔離柵極驅(qū)動器通過提供高側(cè)和低側(cè)之間的傳播延遲和延遲匹配的領(lǐng)先性能，改善了這些集成優(yōu)勢。這些定時特性減少了與開關(guān)相關(guān)的損耗，因為它更快導(dǎo)通，同時還最小化了體二極管的導(dǎo)通時間，從而提高了效率。這些參數(shù)也較少依賴于VDD，因此您可以放寬系統(tǒng)其余部分的電壓容差設(shè)計余量，如圖2中的工作臺數(shù)據(jù)所示。圖2還顯示了UCC21220提供比競品更快的傳播延遲。

圖2：TI的UCC21220傳播上升/下降延遲相對于VDD和競品而言

UCC21220提供了太陽能應(yīng)用的替代方案，例如微逆變器和太陽能優(yōu)化器，其中基本隔離可能就已足夠。UCC21220采用第二代電容隔離技術(shù)，通過芯片縮小降低成本，不僅可通過提供28ns的典型傳播延遲來提高效率，還可降低印刷電路板（PCB）空間和系統(tǒng)成本。

TI的GaN技術(shù)使DC/DC升壓和DC/AC倒相級的工作頻率超過100kHz。GaN功率級固有的低開關(guān)損耗使其可以達(dá)到99%或更高的效率。

更高的效率不僅意味著更少的能源浪費(fèi)，也意味著更小的散熱器、更少的冷卻需求以及更緊湊和更具成本效益的設(shè)計。使用正確的高壓柵極驅(qū)動器可幫您實現(xiàn)更高效率，同時降低空間受限的微逆變器或太陽能優(yōu)化器設(shè)計中的系統(tǒng)成本。