浅谈如何利用光耦合器提高PV逆变器的性能

只看该作者 · 2013-10-26 11:05

光耦合器助臂力　太阳能逆变器可靠度大增
将太阳光转化成能量的过程中，太阳能面板通常会产生高电压的直流输出。将直流输出转换成高电压的交流输出，可将线路损耗降至最低，并让输出的电力进行长距离传输，既可传输到电力公司电网，亦可传输到安装太阳能板的建筑物内部电网。直流对交流(DC-AC)的转换，係由称为太阳能逆变器的子系统所完成，其既可设计成单一的太阳能面板，亦可用作对太阳能面板阵列进行转换的中央单元。
当太阳能逆变器作为支援数个PV板的独立单元时，称为中央逆变器(Central Inverter)(图2)，其块状图式本质上与微型逆变器相同，只是多一个电池系统，可存储多个太阳能板的能量，然后输送到公用电网。中央逆变器的工作电压，一般均在1千瓦(kW)或者以上。

图1 支援PV板阵列的中央逆变器架构

只看该作者 · 2013-10-26 11:05

当光耦合器整合到驱动直流对直流(DC-DC)和DC-AC转换器的模组中，如图1和图2所示。在此两种类型的太阳能逆变器中，光耦合器皆为系统的重要组成部分，可防止线路一端的高电压和瞬变电压造成另一端的元件损坏或传输失真。
当用于隔离高杂讯、高电压和高电流的电路与低电压控制电路时，光耦合器可提高性能，让印刷电路板(PCB)尺寸变得更小，且电路设计更容易。将高电压元件与低电压控制电路隔离，亦有助于保护安装、操作或修理太阳能逆变器的电网员工或维修人员。
适用于太阳能逆变器的闸极驱动光耦合器，可驱动高速金属氧化物半导体场效电晶体(MOSFET)和绝缘闸双极电晶体(IGBT)，并能优化启动性能、提高杂讯免疫力。
能驱动1，200伏特(V)/20安培(A)IGBT和MOSFET的闸极驱动光耦合器，其高等级的共模抑制(CMR)，使抗噪能力更强;100奈秒(ns)的脉宽失真(PWD)可提高电源效率，让设计人员使用更小的滤波器，从而减小设计尺寸，降低成本；PWD级支援1，414V工作电压峰值，从而满足1，200V IGBT切换。

只看该作者 · 2013-10-26 11:06

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2 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。

只看该作者 · 2013-10-26 11:06

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。

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