借助隔离技术将太阳能光伏发电系统整合于智能电网

隔离式栅极驱动器

对于给定太阳能输入，太阳能PV逆变器的效率越高，其每年发电量就越多，因而太阳能电厂的投资回报率也就越高。由于其成本较低，目前趋势是使用无变压器型电气系统来馈入公用电网。由于逆变器的效率水平相当高，因此需要更加注意其测量和控制电子设备的内部隔离，即逆变器MOSFET和/或栅极驱动器的电源部分和低压电路之间需要进行隔离。


图5. 太阳能PV逆变器的H桥电路示例

图5所示为典型太阳能PV逆变器中DC/AC转换器的一种可能的H桥配置实现方法。对于当今市场上的新型SiC型JFETS，该电路的直流链路电压范围为300 V至1000 V。H桥的电流输出波形由电感和电容进行滤波。输出继电器将经过滤波的输出以受控方式连接到电网。在高压环境中，需要使用栅极驱动器来驱动MOSFET的栅极和源极——太阳能PV逆变器中又一个需要隔离的场合。

举例来说，图6所示的ADuM4223就是一款具有两个独立隔离通道的4 A隔离式、双通道栅极驱动器。其最大传播延迟为60 ns，共模瞬变抗扰度大于100 kV/μs（最大值）。该器件符合DIN VDE0110、DIN VDE 088410和UL1577等多种标准的相关部分要求，如数据手册中所述。


图6. ADuM4223栅极驱动器

下面是ADuM4223的一些最重要的隔离参数：

• 最大连续工作电压

    • 交流单极性和直流电压：1131 V

    • 交流双极性电压：565 V

• 浪涌隔离电压：6 kV

• 额定电介质隔离电压：5 kV

该器件在单个封装中有两个通道，分别用于高端和低端MOSFET。通过在单个封装内集成这两个通道，不仅可以节省成本，而且还可以节省PCB空间。

使用传统光耦合器时，要么需要一个隔离式栅极上具有电平转换功能的光耦合器，要么可能需要两个光耦合器（有关更多详情，请参考MS-2318 技术文章）——这是该创新隔离技术如何降低成本的另一个例子。

太阳能PV逆变器的另一个重要问题是需要具有高共模瞬态抗扰度，以确保系统中的任何大瞬态 (dV/dt)不能以容性耦合或其他方式跨越隔离栅，因为这可能会使高端和低端MOSFET同时（突发）打开。ADuM4223具有高共模瞬变抗扰度：>100 kV/μs（最大值），这是该创新技术如何提高系统安全性的另一个例子。

结论

电流隔离是实施智能电网来整合大量太阳能光伏逆变器时所需测量和控制系统的一项重要要求。ADI公司的隔离式ADC能够利用单个解决方案测量大电流和直流注入电流，有助于构建高效而紧凑的智能电网整合电路。ADI公司的隔离式栅极驱动器具有良好的共模瞬变抗扰度特性，有助于确保这些新型PV逆变器系统的安全性和可靠性。

新技术是促成智能电网整合和绿色能源安全高效生产的主要因素——在稳定电网和提高电网系统上所有工作人员的安全性方面扮演着重要角色。本文所述隔离产品是ADI公司针对工业测量和控制的丰富创新产品中当前和未来设计的突出例子。
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参考文献
1图片来源：First Solar。

“Defining Smart Grids and Smart Opportunities.”

“‘Smart’ PV Inverter Shipments to Grow to 27 GW by 2015—Grid Integration the Key Driving Factor.”

Technical Article MS-2318, Design Fundamentals of Implementing an Isolated Half-Bridge Gate Driver.
作者简介
    Martin Murnane [martin.murnane@analog.com]是工业和仪器仪表部太阳能PV系统工程师，专注于能源/太阳能PV应用。加入ADI公司之前，他曾从事过能源循环利用系统中电力电子技术(Schaffner Systems)、基于Windows的应用软件/数据库开发(Dell Computers)以及采用应变计技术的HW/FW产品开发(BMS)等领域的工作。Martin毕业于利默里克大学，获电子工程学士学位。