淺談如何利用光耦合器提高PV逆變器的性能

太陽能（PV）逆變器將太陽能板產(chǎn)生的直流電壓轉(zhuǎn)換成交流電壓，可用于公共電網(wǎng)和商用電器。光耦合器為此一過程重要組成部分，因其能防止轉(zhuǎn)換過程中因元件損壞或傳輸失真造成的高電壓和瞬變電壓。本文將探討提高光耦合器功率緩衝，使其不易受到雜訊干擾的設(shè)計(jì)技術(shù)。

　　光耦合器助臂力　太陽能逆變器可靠度大增

　　將太陽光轉(zhuǎn)化成能量的過程中，太陽能面板通常會(huì)產(chǎn)生高電壓的直流輸出。將直流輸出轉(zhuǎn)換成高電壓的交流輸出，可將線路損耗降至最低，并讓輸出的電力進(jìn)行長(zhǎng)距離傳輸，既可傳輸?shù)诫娏倦娋W(wǎng)，亦可傳輸?shù)桨惭b太陽能板的建筑物內(nèi)部電網(wǎng)。直流對(duì)交流（DC-AC）的轉(zhuǎn)換，係由稱為太陽能逆變器的子系統(tǒng)所完成，其既可設(shè)計(jì)成單一的太陽能面板，亦可用作對(duì)太陽能面板陣列進(jìn)行轉(zhuǎn)換的中央單元。

　　如果太陽能逆變器安裝于單一的太陽能面板，此稱為微型逆變器（圖1），此為較小型的解決方案，適用于住宅和一般建筑物，其太陽能板的電力可直接用于建筑物的內(nèi)部網(wǎng)路和商用電器。此種情況下，通常逆變器工作功率小于300瓦（W）。

　　圖1 安裝于單一PV板上的微型逆變器架構(gòu)

　　當(dāng)太陽能逆變器作為支援?dāng)?shù)個(gè)PV板的獨(dú)立單元時(shí)，稱為中央逆變器（Central Inverter）（圖2），其塊狀圖式本質(zhì)上與微型逆變器相同，只是多一個(gè)電池系統(tǒng)，可存儲(chǔ)多個(gè)太陽能板的能量，然后輸送到公用電網(wǎng)。中央逆變器的工作電壓，一般均在1千瓦（kW）或者以上。

　　圖2 支援PV板陣列的中央逆變器架構(gòu)

　　當(dāng)光耦合器整合到驅(qū)動(dòng)直流對(duì)直流（DC-DC）和DC-AC轉(zhuǎn)換器的模組中，如圖1和圖2所示。在此兩種類型的太陽能逆變器中，光耦合器皆為系統(tǒng)的重要組成部分，可防止線路一端的高電壓和瞬變電壓造成另一端的元件損壞或傳輸失真。

　　當(dāng)用于隔離高雜訊、高電壓和高電流的電路與低電壓控制電路時(shí)，光耦合器可提高性能，讓印刷電路板（PCB）尺寸變得更小，且電路設(shè)計(jì)更容易。將高電壓元件與低電壓控制電路隔離，亦有助于保護(hù)安裝、操作或修理太陽能逆變器的電網(wǎng)員工或維修人員。

　　適用于太陽能逆變器的閘極驅(qū)動(dòng)光耦合器，可驅(qū)動(dòng)高速金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效電晶體（MOSFET）和絕緣閘雙極電晶體（IGBT），并能優(yōu)化啟動(dòng)性能、提高雜訊免疫力。

　　能驅(qū)動(dòng)1，200伏特（V）/20安培（A）IGBT和MOSFET的閘極驅(qū)動(dòng)光耦合器，其高等級(jí)的共模抑制（CMR），使抗噪能力更強(qiáng)；100奈秒（ns）的脈寬失真（PWD）可提高電源效率，讓設(shè)計(jì)人員使用更小的濾波器，從而減小設(shè)計(jì)尺寸，降低成本；PWD級(jí)支援1，414V工作電壓峰值，從而滿足1，200V IGBT切換。

　　簡(jiǎn)述光耦合器操作方式

　　可做為控制功率MOSFET或IGBT閘極的功率緩衝器（Power Buffer）的光耦合器，以正電壓（VOH）形式，為功率半導(dǎo)體的閘極提供峰值充電電流，從而開啟設(shè)備。光耦合器將驅(qū)動(dòng)設(shè)備的閘極拉至零電壓（VOL）或更低，以便關(guān)閉閘極。

　　MOSFET或IGBT通常以半橋拓?fù)渑渲门帕?。每個(gè)高壓側(cè)N通道MOSFET/IGBT的泄極連接到電源的正電極端，而每個(gè)源極連接到低壓側(cè)電晶體。低壓側(cè)電晶體的源極連接到系統(tǒng)電源的負(fù)電極。