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[技术] 控制器和PMICs解决微逆变器的功率转换

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    [LV.5]常住居民I

    发表于 2016-9-29 11:10:36 |显示全部楼层
    微逆变器帮助管理太阳能面板在个人水平而不是整个安装中央逆变器提高太阳能电池效率。然而在过去,复杂的控制机制,以确保最大输出功率太阳能成本增加在有限的微逆变器的接受。尽管复杂的和具有成本效益的集成电路和基于处理器的处理解决方案的微逆变器设计的逻辑控制方面,各种电压控制器和调节器从太阳能电池板输出直流发电提供配套解决方案。


    在典型的微逆变器的设计,数字逻辑控制器或单片机执行最大功率点跟踪(MPPT)旨在确保从小组最佳输出算法。在这个过程中,这些逻辑设备的监控和调整功率转换路径产生的网格的特性要求的交流电压。在这个功率转换路径,直流/直流转换器的性能特点,在确定电源转换和输出的整体效率发挥核心作用。对于工程师来说,一个有效的转换器解决方案可以利用集成DC/DC转换器,但经常在某些情况下,这些设计建立在电压控制器能够驱动需要处理更高的电压和电流的大部分微逆变器所需的门。


    在功能方面,微逆变器直流/交流电源由太阳能电池板的输出驱动,依靠熟悉的电压变换器拓扑的功率转换效率最大化。对于微型逆变器的设计,正、反激变换器是最常用的拓扑结构的直流/直流可控硅整流器(SCR)转换或MOSFET全桥用在需要的电网频率产生一个交流波形(图1)。

    1.jpg

    图1:在一个简单的微逆变器的设计,一个交错有源箝位反激逆变器低压直流从太阳能面板增加提供高压交流波形的电网要求。

    与电源设计,微逆变器的设计要求的各种设计技术来提高效率和可靠性。使用交错反激式拓扑结构,有助于增加通过降低纹波电流有效值通过它们通常用在这些设计输入大电解电容器的寿命。此外,有这种做法的结果在低输出电流THD减小输出电流纹波。此外,对有源钳位技术的应用使较高的最大占空比,允许使用较高的匝比,可显著降低电流在原边电压应力在次级侧。


    为了确保最大的能量输出,转换器必须能够回应微逆变器的控制逻辑设计保持器的电压和电流尽可能的MPPT算法生成的理想特性。更重要的是,连接到电网中的电力故障需要断开自己从网格的能力微逆变器。反过来,这些故障保护功能要求与过电压功率变换器和欠压检测能力至少。

    集成的解决方案

    厂家提供一些综合的解决方案以适应微逆变器的要求。单芯片桥接控制器和直流/直流转换器提供的功能需要实现更复杂的电源转换路径,最大限度地提高功率密度的同时最大限度地减少元件数量。事实上,设计师可以找到控制器等Intersil isl1801和德克萨斯仪器 sm72295专门为太阳能电池板的能量收集。

    能够支持降压、升压或降压-升压拓扑,,Intersil的isl1801集成需要的偏置稳压器,栅极驱动器,电流检测放大器和比较器,–随着一双在微逆变器设计其他设备供电的开关稳压器。德克萨斯仪器sm72295同样提供太阳能转换应用的片上电路完整。随着跨导放大器的电流感应,集成了四个独立的sm72295 3个MOSFET栅极驱动器具有信号调理、以及滤波,电源良好和过压检测功能(图2)。

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    图2:设计师可以实现高效率的DC/DC变换器能够使用控制器如德克萨斯仪器sm72295切换处理的太阳能电池板的输出功率。

    虽然不是专门针对太阳能转换、各种开关控制器作为有吸引力的替代品,提供的功能能够满足个人微逆变器设计的特殊要求。例如,微芯片技术mcp1630v脉冲宽度调制(PWM)设计了一个MCU,还可以执行MPPT和运动的整体控制易于集成。有了这种设备,设计者可以使用单片机IO引脚来控制mcp1630v的操作特性,包括开关频率和占空比,导致在一个高度灵活的电力系统能够适应需要的优化性能。

    其他控制器等在半导体 ncp1562特色专业能力,如对同相输出能够驱动的功率转换级不同的功能。例如,主要的输出可以驱动一个正激变换器的初级MOSFET,而次级输出可以驱动有源钳位电路的MOSFET。随着过压和欠压检测,该ncp1562提供额外的保护功能,如“软停”电路,权力下的转换器,如果检测到严重的故障。

    而控制器地址电压,高电流的应用,一些微逆变器的应用程序可以利用集成的电源管理IC(PMIC),提供完整的直流/直流转换器的解决方案,一些额外的元件。例如,在集成 MAX5033Buck变换器的功率敏感的微逆变器的应用需要的地址,仅消耗270µ静态电流在无负载。重负荷运行期间,MAX5033可工作在固定的开关频率为125 kHz时,自动切换到脉冲跳跃模式提供低静态电流和高的效率在轻负载。


    在功能方面,微逆变器直流/交流电源由太阳能电池板的输出驱动,依靠熟悉的电压变换器拓扑的功率转换效率最大化。对于微型逆变器的设计,正、反激变换器是最常用的拓扑结构的直流/直流可控硅整流器(SCR)转换或MOSFET全桥用在需要的电网频率产生一个交流波形(图3)。

    3.jpg

    图3:专为太阳能,意法半导体的spv1020直流/直流转换器将其集成的电源转换功能内置MPPT控制器和故障。

    德克萨斯仪器sm72485集成了一套完整的功能需要实现一个具有成本效益的降压型DC/DC稳压器。的sm72485使用控制方案,无需环路补偿和电流限制和强制关闭时间。在这里,设备监测输出电压,当电压低于内部参考,将其集成的100 V N沟道开关时间为固定的线电压和外部编程电阻测定。

    结论

    微逆变器的设计带来的要求控制,功率转换效率,和过去他们普遍接受有限。随着集成解决方案的可用性,然而,设计师可以利用广泛适用的设备。而专门的处理器提供了先进的控制功能和MPPT功能所需的微逆变器,功率转换级设计要求设备的性能和功能特性,需要提供电力给电网安全、高效。通过对现有的集成开关控制器和PMIC的广泛选择,工程师可以创建高效、高性价比的电源转换阶段的微逆变器的设计。


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