光伏优化器使用 eGaN FET 和专用 ASIC 控制器

　　种配置是微型逆变器，它为安装中的每个面板使用逆变器，确保每个面板都能发挥其全部能源潜力。第二个是串式逆变器，它将多个面板连接在一起并向中央逆变器供电。然而，当一个或多个面板被遮挡时，这种设置会受到能量收集不良的影响。
　　我想使用的是Adobe Stock提供的
　　以优化器的形式引入了创新的增强；优化每个面板能量收集的电源模块。这些优化器的出现是为了与微型逆变器的能量收集能力竞争。微型逆变器的主要缺点是其成本，因为每个电源模块都需要一个交流转换器。优化器可以改善成本方程，因为它们的结构明显更简单，并且与现有的组串逆变器兼容。

　　本文概述了光伏优化器的工作原理以及转换器如何从 eGaN FET 等新技术中受益。 GaN FET 在许多硬开关应用中展示了卓越的性能。它们的高可靠性使它们成为优化器的理想选择。此外，GaN FET有助于缩小转换器尺寸，从而有助于降低成本。

　　组串式逆变器能量收集概述

　　光伏系统的常见配置是串式逆变器系统，在该系统中，多个光伏电池板的直流输出串联在一起并馈入中央串式逆变器。然后，串式逆变器将该直流电压转换为交流电流，馈入电网。图 1 中的上图显示了基于遮蔽和相等日照水平的单个光伏电池板电压-电流功率特性 - 遮蔽越少，电流越高。下图中的红色迹线说明了光伏组串的可用功率，其中多个峰值对应于每个电池板贡献的各种电流和电压水平。串联连接的电池板迫使相同的电流通过所有电池板，使得不可能同时在功率点操作所有电池板，因此不可能化能量收集。绿色迹线代表组合光伏电池板在其功率点运行时可产生的总潜在功率。两个图之间的差异很大，表明需要优化器来提高系统级能量收集能力。

　　图 1. 基于逆变器的太阳能系统的概览图，上图中显示了遮阳对每个电池板输出特性的影响，下图中显示了对总可用功率的影响。图片由博多电力系统提供
　　优化器概述

　　优化器是插入在光伏电池板和中央串逆变器的串联串连接之间的直流电源转换器。它有两个主要功能：1) 跟踪所连接的光伏电池板的功率点，2) 将该功率作为恒定电源传输到串连接。的优化器拓扑是背靠背降压-升压转换器，如图 2 所示。

　　图 2. 背靠背降压-升压转换器的电源原理图，由光伏电池板供电，适用于优化器。图片由博多电力系统提供 
　　背靠背降压-升压转换器很受欢迎，因为它可以配置为高效率运行，特别是当电压转换比保持较低时。

　　优化器的工作原理是寻找电池板的功率点并重新调整电压和电流以匹配逆变器消耗的电流。图 3 显示了图 1 上图中不同功率级别的优化器输出特性。黑色虚线表示逆变器消耗的电流，逆变器维持其自身的功率点跟踪器 (MPPT)。

　　图 3. 各种面板日照水平的优化器输出特性。图片由博多电力系统提供
　　优化器有三种基本操作模式：1) 恒定电流，2) 恒定功率，3) 恒定电压。恒定功率模式是优化器的正常工作模式，而恒定电压和恒定电流模式则基于转换器的限制，在此期间优化器不再从面板获取可用功率。当组串逆变器试图汲取比优化器电路能够提供的电流更多的电流时，就会出现恒流模式，而当组串逆变器汲取的电流太少时，就会出现恒压模式。当组串逆变器使用其 MPPT 算法 找到优化器组合输出的功率时（遵循图 1 下图中的绿色迹线）以及当图 3 的黑色虚线迹线与所有电池板的恒定功率迹线相交时，系统将得到优化。
　　演示板概述

　　EPC9178 是一款多功能四开关背靠背转换器，能够在降压和升压模式下运行，并且可配置为作为光伏优化器运行。其输入电压范围为 30 V 至 60 V，具有三种可选输出电压选项：30 V、45 V 和 60 V。输入和输出电流均被控制器限制为 15 A，并且可以启用输出电流限制或被用户禁用。 EPC9178在所有工作模式下均以 450 kHz 的固定开关频率工作。这种高频率有助于减小电感器和总线电容器等无源元件的尺寸，从而实现紧凑的设计，如图 4 所示。转换器的小尺寸和轻量化设计便于安装和维护，有助于实现业界的功率太阳能应用的密度。尽管 EPC9178 尺寸较小，但其峰值效率高达 98%。

　　图 4.  EPC9178 演示板的功能电路模块。图片由博多电力系统提供
　　EPC9178 高效率和高功率密度的关键在于其使用额定电压为 100 V 的EPC2306 GaN 晶体管，该晶体管具有 3.8 mΩ 的极低导通电阻。 EPC2306 采用 3 x 5 mm PQFN 封装，并基于经过验证的可靠eGaN FET 技术构建。它们的低导通电阻限度地减少了传导损耗，而它们的低输出电容 (C OSS ) 可以缩短开关时间并降低开关损耗。与同等硅 MOSFET 相比，这种低传导和开关损耗的组合提高了整体效率并简化了热管理。
　　EPC9178 使用德州仪器 (TI) 的 LM5177 IC，将控制器和四个栅极驱动器集成到单个芯片上。这样就形成了一个简单、紧凑且组件数量少的解决方案。
　　实验结果

　　EPC9178 根据典型的光伏电池板电压范围进行了实验评估。对三种输入电压（30 V、45 V 和 60 V）进行了评估，转换器提供 30 V 的固定输出电压。图 5 显示了 EPC9178 的测量效率和功率损耗，峰值效率为 98%。对于 60 V 输入，应用热和电流限制。

　　图 5. 显示了 EPC9178 板在各种输入电压和向负载提供 30V 电压时的整体效率和功率损耗，作为负载电流的函数。图片由博多电力系统提供