并网光伏逆变器隔离的集成

图3. 3级PV逆变器的隔离方案

基于微变压器的隔离方法也可与高电流输出栅极驱动器相集成，以形成全隔离半桥栅极驱动器。图4所示为一个并 网PV逆变器的示例栅极驱动方案。对于原边的DC-AC全 桥开关，通常没有必要为低端栅极驱动器(尤其是低功耗 逆变器)设置隔离。对于两个高端开关，具有4 A驱动能力 的2通道1 kV隔离驱动器就能胜任工作。逆变器开关位于交 流端，因此，低端和高端都需要隔离栅极驱动器。

要使直流端的微控制器与交流端的逆变器直接通信，通常 需要2.5 kV或5 kV隔离栅极驱动器。低端栅极驱动器可以由 集成的DC-DC驱动(其动力来自电池板一端)，而高端电源 则可通过自举解决方案来提供。

每个半桥栅极驱动器均由3向隔离构成，即是说，输入与 输出之间存在隔离，两个输出之间也有隔离。输入到输出 的隔离通过片上变压器提供。图5(a)是1 kV栅极驱动器的变 压器结构，图5(b)是5 kV栅极驱动器的变压器结构。1 kV半桥栅极驱动器以三芯片单封装实现，包括一个输入芯片和两个相同的栅极驱动器芯片。

两个1 kV变压器(如图5(a)所示)在输入芯片上实现，两个栅 极驱动器输出各一个。输入与底部线圈相连，底部线圈与 顶部线圈之间由2.64 μm厚的氧化物隔离，而顶部线圈相互 之间则通过横向氧化物来实现隔离。这两个栅极驱动器芯 片位于自己的分片焊盘上，并通过与[2]类似的芯片间焊 线与输入芯片处的顶部线圈相连。5 kV栅极驱动器实现方 法与此相似，只是顶部线圈与底部线圈之间是通过20 mm厚 的聚酰亚胺材料进行隔离的。

图4. 3级PV逆变器的栅极驱动器实现方案

图5. 变压器结构 (a) 1 kV栅极驱动器 (b) 2.5 kV栅极驱动器

对于多逆变器并联系统(如串式逆变器)，逆变器之间也需要通信，这一般是通过RS-485总线、RS-232总线或者CAN 总线(需要隔离时)实现的。自驱动隔离收发器将能够从电 池板端获得总线端所需要的电源。

微逆变器也开始受到人们的青睐，因为它们有助于提升系 统的可靠性和性能。它们还有利于解决串式逆变器存在的 潜在直流电弧问题。微逆变器一般安装在楼顶电池板的下 方，这种条件下的环境温度可能非常高。高温会加快光耦 合器中LED性能的下降；另一方面，基于微变压器的隔离 方法，其性能不会随时间而下降，在这些极端条件下表现 卓越。微逆变器可以使用单级逆变器而非全三级逆变器， 以降低系统成本。每个微逆变器的功耗可能仅仅为两三百 瓦特，在这一功耗水平下，隔离集成法为降低系统成本、 提升系统可靠性带来了许多系统集成机会。

结论

基于微变压器的隔离集成方法是满足并网PV逆变器、中 央逆变器或微逆变器的隔离需求的理想解决方案。其集成 式信号和电源隔离能力可以大幅减少元件数量，提高系统 可靠性和使用寿命，同时，其精密的栅极驱动时序特性则 可能进一步提高逆变器的效率。利用基于微变压器的隔离 ADC，可以对电网电流和电压进行更加准确的测量，结果 给电网带来高品质的单位功率系数正弦电流。