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德州仪器:提高太阳能逆变器设计的效率

随着美国进入夏季,人们已经开始向往在海滩度假在池畔烧烤的日子。炎热和阳光灿烂的日子对很多人来说再熟悉不过,同样,在夏季缴纳更高的电费对大家来说也早已习以为常。从积极的角度想,阳光灿烂的日子也带来了很多好处,其中一个就是太阳能。

太阳能有助于降低发电相关成本。这个行业最热门的话题之一就是电源转换效率。为了提高0.1%的效率,太阳能逆变器制造商往往需要投入大量的时间。考虑到更高的效率和增加的能源之间的关联性,亦即更快的光伏(PV)系统的投资回报速度,那么确定逆变器将太阳能电池板的直流电转换为家用交流电的能力将至关重要。

微逆变器和太阳能优化器是太阳能市场中两种快速发展的架构。图1所示为太阳能微逆变器的典型框图。该微逆变器转换来自单个PV模块的功率,且通常设计用于250W至400W的最大输出功率。

图1:典型的太阳能微逆变器 
图1:典型的太阳能微逆变器

为最大化PV面板性能,微逆变器的前端是DC/DC级,其中数字控制器执行最大功率点跟踪(MPPT)。最常见的拓扑结构是非隔离式DC/DC升压转换器。对于单个太阳能电池板,轨道或直流环节通常为36V;对于此电压范围,可以使用标准硅金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFETs)进行DC/DC转换。

鉴于减小尺寸是一个优先事项(因此微逆变器和功率优化器将适合光伏系统的后端),太阳能逆变器制造商正在采用氮化镓(GaN)技术,因为它能够以更高频率切换。较高频率减小了微逆变器和太阳能优化器应用中的大型磁性元件的尺寸。

DC/AC级或次级通常使用H桥拓扑;对于微逆变器,轨道电压约为400V。目前,栅极驱动器可以使用多种隔离技术来隔离控制器与电源开关,并可同时驱动高频开关。这些要求由信号隔离的安全标准驱动。

德州仪器(TI)的UCC21220基本隔离栅极驱动器通过提供高侧和低侧之间的传播延迟和延迟匹配的领先性能,改善了这些集成优势。这些定时特性减少了与开关相关的损耗,因为它更快导通,同时还最小化了体二极管的导通时间,从而提高了效率。这些参数也较少依赖于VDD,因此,可以放宽系统其余部分的电压容差设计余量,如图2中的工作台数据所示。图2还显示了UCC21220提供比竞品更快的传播延迟。

图2:TI的UCC21220传播上升/下降延迟相对于VDD和竞品而言 
图2:TI的UCC21220传播上升/下降延迟相对于VDD和竞品而言

UCC21220提供了太阳能应用的替代方案,例如微逆变器和太阳能优化器,其中基本隔离可能就已足够。UCC21220采用第二代电容隔离技术,通过芯片缩小降低成本,不仅可通过提供28ns的典型传播延迟来提高效率,还可降低印刷电路板(PCB)空间和系统成本。

TI的GaN技术使DC/DC升压和DC/AC倒相级的工作频率超过100kHz。GaN功率级固有的低开关损耗使其可以达到99%或更高的效率。

更高的效率不仅意味着更少的能源浪费,也意味着更小的散热器、更少的冷却需求以及更紧凑和更具成本效益的设计。使用正确的高压栅极驱动器可帮您实现更高效率,同时降低空间受限的微逆变器或太阳能优化器设计中的系统成本。


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