李行亮涛声依旧视频:太阳能逆变器四类主流方案详解【附电路图】

如何提高逆变效率、降低系统成本，是太阳能逆变器设计与应用需要重点考虑的问题，本文讨论高效率低成本的太阳能逆变器解决方案，首先介绍太阳能逆变器分类，再结合电路图进行太阳能逆变器拓扑结构及相关器件的详细介绍，最后讲述逆变器功率器件的驱动及保护。

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太阳能逆变器的分类                   
目前逆变器按照分类大概分为三种。一种是微型逆变器/转换器，属于功率比较小的，在200W-600W之间，电信的太阳能电池板就是240W的功率范围。第二种叫组串型逆变器，主要在1KW-20KW之间，组串型太阳能电池板输出电压的形式分成很多的串联和并列的方式。第三种是中央/大型逆变器，主要是应用在太阳能电站这些方面，主要是30KW-500KW的范围。

太阳能逆变器拓扑结构及器件介绍
太阳能逆变器主要分为三相逆变器和单相逆变器。
常见的拓扑结构如下：
       
1. 三相全桥结构          2. 三相三电平结构         3. 单相H桥结构       4. 单相升压电路+H桥逆变结构

不同功率大小的拓扑结构和具体方案
           
微型逆变器，微型逆变器主要是200多W的功率大小，输出功率很低，但对效率要求很高。因为要从20多V的电压升到110-220V的水平，所以，这之间需要才能隔离的方式来实现。上图为较常见的一种太阳能逆变器微逆变器的一种拓扑结构——单端反激结构，图中下部分是属于移相电源形式做成的结构，形式比较复杂，但可以把效率做的更高。这种结构基本上分三部分，前面的实现最大功率跟踪，把直流电压稳定在一定的水平，再经过隔离环节，移相全桥的低压到高压的逆变环节和整流环节。最后到末端并网这边，50HZ的单端调式实现并网的功能。这里面如低压器件主要有一些导通电阻非常低的MOS管来提供前级这部分。输出高压这边有一些比较小功率的MOS管来提供，整流的地方根据不同的拓扑结构，电流原形有碳化硅极管提供。

              
这是非隔离型的一种拓扑结构。其电路比较简单，可以把效率做的很高，前部分主要做最大功率跟踪，实现电池板最大功率的获取。逆变环节比较简单，就是H桥的逆变。因为电网那边会比较复杂，可能会要做一些简单的无功处理。比如说电网那边浪涌电压。电流过来，就需要保护逆变器内部的结构。

                
上图所示结构针对薄膜太阳电池，因为薄膜太阳电池有个必须接地的要求，如果不隔离会对薄膜太阳电池造成腐蚀，所以，使用薄膜太阳能电池的合要求逆变器有隔离。隔离有两种，一种是公平变压器的隔离，体积笨重，效率不高。新型的隔离是高频隔离方式，与的微逆变器的结构差不多，但高频隔离的方式功率会做的比较大。目前基本上功率都是在2.2KW-4KW的范围，针对这种大功率，用三级的结构，前面是最大功率的跟踪电路和获取太阳能电池板最大功率的电路。接下来进行移相全桥或者H桥硬开关的高频隔离的方式，然后进行整流。后级比较简单，一般预备了高效率采用这种单段调制来减少并网环节效率的损失。这种结构器件较多，损耗较大，所以推荐使用低导通电阻的MOS管进行设计。

                 
上图是针对5-30KW范围三相逆变器拓扑结构。目前在三相逆变器里面，这种5-30KW范围内，现在追求高效率都是采用三电平的结构。目前来说，国内厂家在20KW以下都是需要带前提的NPPT电路，基本上20KW以下前面会有两路输入的电路，后面就是三个桥臂来实现这个三相输出的逆变环节。

                 
上图是针对30KW-100KW范围的三相的逆变器。一般大于20KW，就不需要做NPPT的跟踪电路，所以只需逆变回路就实现了逆变器的架构。针对这种功率比较大的，30-100KW，我们有两种形式的模块。在三电平的拓扑里面，还有一种比较特殊的，叫T字形结构的三电平结构。

逆变器功率器件的驱动及保护

门级驱动知识
             
通常功率器件都需要一个驱动芯片或者驱动模块来驱动，针对不同的应用，驱动由负电压或者零电压来关断，就是单电压的驱动或者说正负电压的驱动。根据不同的应用要求，比如开关速度要求比较高，可能必须得用正负电源的驱动，而一些比较简单通用的，如通用的小功率变频器，从成本上考虑，基本上就是用单电压的驱动方式。如果是针对太阳能逆变器或者一些特殊场合的运用，需要可靠的关断IGBT的话，就需要采用负电压的驱动形式。这是介绍驱动的过程，相应驱动的一些影响。

门级电阻
           
IGBT或者相应的MOS管，在与驱动芯片驱动器连接时都必须用到门级电阻。门极电阻的大小会对开关器件、速度、开关损耗、关断损耗，还有开关延时都会有相应的影响。基本上每个器件规格书里面都会给出一个范围供选择，并不是随便用多少都可以的，而是通过计算来算出比较合适的门级电阻的功率和驱动电源的功率。可能有些场合IGBT需要并联使用，在并列的时候就推荐每一个器件用门级电阻，然后再统一的并列连接到驱动器上，这样来减少开关器件相互间的影响，或者说减少开关器件的开关延时不一样造成的电流不均匀的状况。

驱动的保护
            
由于IGBT门级的地方的标准是一个正负20负的耐压，即不允许门级电压很高。基本上所有IGPT一般推荐就是正负20V以内，所以在驱动输出的部分基本上有两种形式，一种是并列的TVS管，把门级的电压限制在20V以内。一种方式是把门级通过二极管引到正10V的电源上，这边电压高以后他会往电源这边走，就不会造成门级的电压过高而损坏门级。还有一种驱动保护是针对以前比较老的那种变压器驱动结构的一种保护。另外一种是动态电压上升控制DVRC的一种保护，这种保护主要是针对电压比较高，3300V以上这种IGBT的一种保护。

功率器件短路保护
            
一般IGBT的驱动保护主要是VC检测，就是检测器件开通时候的饱和压价来判断是短路还是电流异常。机理是短路的时候瞬间电流会很大，会引起VC电压的上冲，检测电路可以检测出VC的异常，判断这时候是短路情况发生，然后关断管子，管子不会因为电流过大而烧毁。还有一种软关断，检测到短路以后，功率器件不能立马关断，要以一种比较软的关断来限制过大的DI、DT来引起器件的损坏。还有两电平关断，检测到短路以后，让驱动器输出一个比较中间的电平，来限制短路电流的增大，然后再延长短路时间来关断电路器件。
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