太阳能逆变器架构组件全揭秘（图文）

　　电解电容非常适合控制纹波，因为它们具有较低的等效串联电阻(ESR)和较高的电容容量。沿着图2中PCB上边缘的是平滑电容器组。

　　升压型DC-DC步进转换器

　　下一个器件是步进DC-DC转换器，它负责将直流输入升压到开关MOSFET桥，以便逆变器能够高效地产生230V, 50Hz交流正弦波传输给电网。这个DC-DC升压转换器连同H5开关桥包含在单独的电源模块中，该电源模块附在逆变器主板的背面，可以很好地散热到底座。这个模块在最终装配时将被安装在图2主板上部的中间部分。

　　图4显示了典型的无变压器配置系统中的基本的DC/AC转换电路或逆变器。其中：DC/DC转换提升或降低输入的PV电压，调整其输出以达到DC/AC转换级中的最大效率；电容器提供进一步的电压缓冲；H4桥中的IGBT或MOSFET利用20kHz范围内的开关频率产生交流电压；线圈使交流电压平滑切换为正弦信号，用于产生电网频率的交流输出。　　无变压器逆变器技术

　　早在光伏市场发展之前，无变压器开关技术的理念就已存在了。设备工程师知道，一对场效应管在完全开启或关闭的状态下工作效率最高，因为这时没有电流经过它们，而且它们也不产生功率损耗。因此，放大一个理想方波的理论效率可达100%。信号被一个更高频率的方波调制，其结果就是脉宽调制(PWM),这个电路被称为D类电路。用这种方式，就可能实现DC-DC转换，或DC到AC的高效切换。对于太阳能逆变器而言，由于MOSFET和IGBT器件的成本高昂，所以这种技术在以往并不适用。不过，随着这些器件成本不断降低并且速度更快，相比于模拟切换到大量的铜铁器件，该技术更具成本效益。这种技术也可用于制造电动汽车。

　　在欧洲，无变压器逆变器至今已经应用了几年，SMA公司在2010年8月获得UL认证在美国销售此类产品。这个认证适用于SMA的无变压器逆变器Sunny Boy 8000TL-US, Sunny Boy 9000TL-US 和Sunny Boy 10000TL-US ，并保证符合针对光伏和电池供电逆变器的UL 1741标准，该标准首次涵盖了无变压器逆变器的规范要求。与采用电隔离的器件相比，无变压器逆变器要简洁得多；而且，凭借先进的开关电路，无变压器逆变器能提供比传统逆变器更宽的工作电压范围。

图4： 无变压器DC/AC转换电路—逆变器(TI提供)

　　没有电隔离的负面结果是可能导致接地故障，损坏逆变器并引发电火花。在有变压器的情况下，如果次级电路发生短路，那么所有电流都将流经初级电路，一旦变压器过热，就将被热切断阻止（希望如此）。在无变压器情况下，如果没有保护电路或保护电路失效，未能探测到接地故障或跳闸，大功率MOSFET或IGBT将立刻以一种灾难性的方式失效。幸运的是，这类事件的发生非常罕见，而且所有这种逆变器都要遵循UL 1741要求，具备接地故障保护功能。无论如何，都要保持具备这种功能，以确保在调整合路器及隔离熔断器大小时将未探测到接地故障时的反馈电流考虑进去。

　　如果能够执行准确简单的计算，无变压器逆变器就几乎没有缺点，而且具有众多优点。

　　不过，光伏逆变器还有很多其他的关键功能。

　　光伏逆变器还提供电网切断功能，以防光伏系统给已经切断的设施供电；也就是说，在电网切断期间或者通过一个不可靠的连接传输电力时，逆变器保持在线，这会导致光伏系统回输给本地设备变压器，在设备端产生数千伏电压，并危及作业人员。安全标准规范IEEE 1547和 UL 1741要求，交流线电压或频率不在规定限制内时，所有的并网逆变器必须切断，或者，在电网不再存在时完全关断。在重新连接时，要等到逆变器探测到额定设备电压和频率超过5分钟的时间，逆变器才能传输电力。如图2右上象限所示，使用了4个额定值为22A、250VAC的LF-G继电器。

　　但这还不是逆变器的最后职责。除了上述任务之外，逆变器在工作期间还支持手动和自动的输入/输出切断，EMI/RFI传导和辐射干扰抑制、接地故障中断、PC兼容通信接口(“阳光男孩”系列具有蓝牙功能)，以及其他更多功能。该逆变器被安装在一个坚固的封箱中，以期在户外满功率工作25年以上！　　像SMA主板这样的典型单相光伏逆变器使用了一颗数字功率控制器、DSP，以及一对高边/低边栅极驱动器来驱动全桥PWM转换器。该逆变器和许多性能优良的逆变器应用都采用全H桥拓扑，因为它具有任何开关模式拓扑的最高功率承载能力。SMA采用H5技术，在输出电容器和H桥之间的第5个功率半导体器件阻止了电荷的激励振荡损耗，并再次显着降低了功率损耗。与经典的逆变桥电路(H4拓扑) 相比，H5获得了明显改进，其最大转换效率达98%。为防止光伏发电机的电力波动，在逆变器的空运行期间，该架构将直流侧与交流侧断开。

　　与图4中的H4桥相比，图5所示的H5拓扑仅需多一个开关器件。开关器件T5、T2和T4工作在20kHz左右的高频，T1和T3工作在电网频率50 Hz。在空运行期间，T5是开路的，以断开直流和交流侧。正向电流空运行路径通过T1、T3的反向二极管，反向电流通过T3和T1的二极管形成环路。

图5： SMA的H5桥拓扑

　　PWM电压开关动作在全桥输出端形成了离散嘈杂的50Hz电流波形。高频噪声成分被滤除并产生一个中等低幅度的50Hz正弦波。H桥采用不对称单极性调制方法工作。不对称H桥的高边应由取决于主线路极性的50Hz半波驱动；而对应的低边则经PWM调制形成正弦波。图2所示逆变