浅谈如何利用光耦合器提高PV逆变器的性能

合器抵御瞬变杂讯能力的衡量标準。CMR为衡量光耦合器性能的最重要指标之一，其他指标还有隔离等级和工作电压等。

　　八接脚DIP共面（Coplanar）结构的光耦合器，可提供输出电容高电介质（Dielectric）绝缘和低输入。八接脚DIP封装允许大于8毫米（mm）的沿面和间隙距离及0.5mm绝缘距离，以实现可靠的高电压绝缘。

　　因此，闸极驱动器光耦合器解决方案，可提供更多的绝缘安全缓衝区，而电容性或电感式解决方案的绝缘距离不到0.1mm。如此一来，优化安全并降低杂讯耦合。这装置採用共面光学耦合技术，以阻挡由负载切换产生的电子杂讯所引起的干扰。而且还有一个特殊电光学遮罩，可降低开关瞬态和光耦合器的主动电路之间发生电容耦合的机率。

　　一般240V交流电源转换器会产生800V开关瞬态，以及大于6kV/μs的转动率。此大幅度的瞬态，会导致3mA峰值电流于输入和输出之间流动（用于CIO只有0.5皮法（pF）的隔离设备时）。图4显示一则範例，一个电容耦合了耦合器的输入和输出之间的杂讯电流。

　　图4 电流模式抑制LED「OFF」

　　共模瞬变具有负的电压摆动率，与耦合器的输出接地（GND2）引用一样；该瞬态可将耦合器的输出牵引到输出；包电容（Package Capacitance）即CIO，提供输入和输出之间的主要耦合阻抗；当LED关闭时，闸极的输出为低状态；如果有充裕的共模电流iCM从输入端牵引到光学放大器，放大器则会开启。

　　杂讯电流iCM为极小，因为有特殊共模遮罩可阻挡电子遮罩变化造成的影响，该遮罩会最小化流入或流出光学放大器的耦合，将有效的共模耦合电容限制到小于50pF。如此一来，光耦合器能轻鬆抑制最大幅度为1.5kV放入正或负的共模瞬变，以及超过15kV/μs的转动率。

　　当通过LED，IF的控制电流等于10mA时，驱动器输出电流为高，源电流流向负载。正dv/dt会从放大器中牵引出电流，增强光电流；负dv/dt会将电流引向放大器，抵销光电流，并可能导致放大器因而从高过渡到低。

　　当IF等于0mA时，驱动器输入为低，会从负载汲入电流。正dv/dt会从放大器拉出电流，并可能导致放大器从低过渡到高。负dv/dt会将电流引入放大器，并协助维持放大器维持输出为低状态。

　　一般情况下，儘量减少逻辑控制和功率半导体之间的耦合电容，可大幅度降低共模杂讯瞬变成为正常模式脉衝杂讯的能力。于驱动点使用低且平衡的阻抗，可提高抗干扰能力，使用电化隔离（Galvanic Isolated）驱动器进行功率MOSFET控制，可将共模杂讯耦合降至最低。

　　分流LED提升半桥配置效能

　　半桥拓扑配置中，共模瞬变抑制尤其重要，因为正常电流工作状态下的开关瞬变，可能导致关闭的闸极驱动打开。分流（Shunt）LED即可派上用场，可提升半桥配置的抗电流模式瞬变能力，并将包电容的负载dv/dt耦合维持于低阻抗--对于正在运行的LED或正在运行的BJT或逻辑闸的开态电阻。但此作法的缺点是，增加分流LED驱动会降低效率，因为无论LED开启还是关闭，此电路皆会消耗电量。图5为一个配置样本。

　　图5 带有分流LED驱动的光耦合器架构

　　LED与驱动开关并联，以形成电流分流驱动。U1是一个开路洩极逻辑闸，做为一个驱动器。当开关关闭且U1为高时，会有LED电流经过。若要关闭LED，须将闸强制变为低状态，这会将经过LED的电压降低至小于所需的正向电压值。它还能提供低阻抗，降低共模传导电流对LED运行的影响。

　　了解光耦合器最大开关频率

　　使用光耦合器时，了解设计的最大开关频率会非常有用，此项计算涉及两个基本步骤，首先必须确定于最大工作结温125℃和室温100℃下，光耦合器输出驱动器MOSFET可扩散的最大功率。其次，确定于给定MOSFET闸极的充电和放电电流情况下，输出电晶体的扩散RMS功率，以及整个光耦合器电晶体的RDS（ON）压降。

　　太阳能逆变器在产生和传输乾净与永续能源方面，发挥重要作用。执行DC-AC转换时，须对高压电流进行谨慎、有效的隔离，而光耦合器正适用于此种功率缓衝。如果特别注意启动要求和使用相关技术提高抗干扰能力，则可协助优化光耦合器的性能。

　　本文文中描述的闸极驱动光耦合器，与离散式功率MOSFET和IGBT的产品相容，因此，设计人员可统一设计电力转换电路的逻辑、隔离和MOSFET部分。该解决方案可将毫瓦（mW）转换成kW，并同时提供初级和次级电路之间的隔离。