如何提高太陽能直流電轉(zhuǎn)換為家用交流電的能力

 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(duì)我來說再熟悉不過。同樣，在夏季繳納更高的電費(fèi)對(duì)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(gè)就是太陽能。

太陽能有助于降低發(fā)電相關(guān)成本。這個(gè)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(shí)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(bào)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(chǎng)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(gè)PV模塊的功率，且通常設(shè)計(jì)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(jí)，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(duì)于單個(gè)太陽能電池板，軌道或直流環(huán)節(jié)通常為36V;對(duì)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(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFETs)進(jìn)行DC/DC轉(zhuǎn)換。

鑒于減小尺寸是一個(gè)優(yōu)先事項(xiàng)(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?yàn)樗軌蛞愿哳l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(jí)或次級(jí)通常使用H橋拓?fù)?對(duì)于微逆變器，軌道電壓約為400V。目前，柵極驅(qū)動(dòng)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(shí)驅(qū)動(dòng)高頻開關(guān)。這些要求由信號(hào)隔離的安全標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)。

德州儀器(TI)的UCC21220基本隔離柵極驅(qū)動(dòng)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(shì)。這些定時(shí)特性減少了與開關(guān)相關(guān)的損耗，因?yàn)樗鞂?dǎo)通，同時(shí)還最小化了體二極管的導(dǎo)通時(shí)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(jì)余量，如圖2中的工作臺(tái)數(shù)據(jù)所示。圖2還顯示了UCC21220提供比競(jìng)品更快的傳播延遲。

圖2：TI的UCC21220傳播上升/下降延遲相對(duì)于VDD和競(jìng)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(jí)的工作頻率超過100kHz。GaN功率級(jí)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(jì)。使用正確的高壓柵極驅(qū)動(dòng)器可幫您實(shí)現(xiàn)更高效率，同時(shí)降低空間受限的微逆變器或太陽能優(yōu)化器設(shè)計(jì)中的系統(tǒng)成本。