太阳能逆变电源基本设计要点与方法总结

能可出色胜任这些应用的要求。另一方面，他强调，即便MOSFET的成本是个主要考量，但为实行一个更优方案，也应重新审视采用MOSFET的潜力，诸如Microsemi的MOS7/MOS8 MOSFET所具备的领先特性就非常适合太阳能逆变器的设计。

　　DC/AC变换级通常由两个快速开关设备和两个用于极性选择的开关所组成，所以主要损耗表现为传导损耗，也因此需要功率器件具备非常低的正向电压降。功率MOSFET相对于IGBT的一个优势是其不存在拐点电压(knee voltage)。而逆变器设计需要考虑高达700V的输入电压，系统这时会考虑采用降压转换器作为其第一个功率级。

　　英飞凌奥地利公司的高级工程师?Uwe Kirchner对此建议通过并联三个英飞凌CoolMOS CP系列器件，以在600V级别上获得少于15m欧姆的导通电阻，而CoolMOS 900V系列产品可提供最大导通电阻为130m欧姆的器件。但是对于慢速开关设备，他推荐使用600V 的Trench Stop IGBT。

　　该公司电源分立器件部负责人Gerald Deboy博士也为逆变器设计的器件选型补充了自己的看法，他认为使用CoolMOS CP还是CoolMOS CED要取决于体二极管的要求。在逆变器中，当体二极管在电压过零点或无功功率的传递过程中的硬换流现象时，使用CED较为有利。而对于IGBT的反并联二极管，则选用SiC肖特基势垒二极管比较合适。因为这时，降压级的续流二极管(free wheeling diode)或电隔离系统中的整流二极管都可从SiC肖特基势垒二极管的零反向恢复特性中受益。　　飞兆半导体的Eric指出，在太阳能逆变器拓扑通常也可能包含一个升压级，将输入DC电压提升至充分高于所需峰值输出电压的水平，然后通过DC/AC逆变并入电网。对于升压转换器来说，人们最关心的是升压二极管的开关损耗，反向恢复电荷可能引起高损耗(这取决于功率范围，升压转换器通常使用连续导通模式，这给二极管带来显著的应力)。用于这一功率级的MOSFET的开关损耗亦很重要，因此可考虑选择先进的超结器件(例如600V SuperFET MOSFET)以减少开关和导通损耗。在逆变器级中，通常使用专为软开关而优化的低速 IGBT，以减小输出滤波器的体积，从而降低滤波器的能耗。同时，由于IGBT本身具备稳固性，可以更好地抵抗电网的峰值电压，许多逆变器使用专有拓扑以进一步提升效率，增添更多的功能特性。

　　实现太阳能逆变器的智能控制

　　设计太阳能逆变器时要考虑的两个关键因素是效率和谐波失真。效率可分成两个部分：太阳能的效率和逆变器的效率。逆变器的效率在很大程度上取决于设计使用的外部元件，而不是控制器；而太阳能的效率与控制器如何控制太阳能电池板阵列有关。每个太阳能电池板阵列的最大工作功率在很大程度上取决于阵列的温度和光照。MCU必须控制太阳能电池板阵列的输出负载，以使阵列的工作功率最大。由于这不是一个数学密集型算法，因此可使用低成本MCU来完成任务。

　　而要智能化控制谐波失真，则需要更多处理。若要将系统用作不间断电源（UPS），则需要诸如DSC或DSP等高性能控制器来确保在电网不存在时提供清洁的电能。若太阳能逆变器只在电网存在时工作，则可使用低成本MCU。这是由于电网能吸收太阳能逆变器产生的所有谐波失真，因为电网可以被看作是一个无穷大的负载。对于高谐波失真的太阳能逆变器，Microchip技术开发部的首席应用工程师John Charais推荐使用Microchip的PIC16F和PIC18F MCU系列，这两个系列带有片上ADC和PWM模块，同时PIC12F615到PIC18F “K”或“J”系列MCU等更大的器件均适用。对于低谐波失真的太阳能逆变器，推荐使用PIC32F/30F MCU和dsPIC33F DSC。

　　此外，TI对太阳能等可再生能源的应用也很关注，但这家以DSP而著名的公司目前向太阳能智能控制领域提供的是两款由DSP演变而来C2000系列MCU。TI高级嵌入式处理器产品部中国区经理谭徽博士认为，标准太阳能系统在多个太阳能电池板上使用一个逆变器，而据相关的研究显示，连接至每个太阳能电池板的微型逆变器能提升功率转换效率以提高每个单电池板的输出，因此TI的C2000 Piccolo和Delfino MCU非常适用于太阳能逆变器应用。其中，Piccolo MCU可为太阳能电池板提供更高的工作效率以及太阳能逆变器控制功能；而Delfino浮点MCU通过不同的AC来源提供常量AC电压，AD/DC整流器后续DC/AC逆变器，在高压(约600V DC)下同步并精确控制功率级.