不使用变压器的高逆变效率光伏拓扑

随着电子设备结构与功能的日趋复杂，一些传统的逆变设备已经无法满足产品的需要。新的技术对逆变效率提出了新的要求。在兼顾逆变效率的同时，如何减小原有提及并控制干扰就成为了设计者们研究的目标。

本文将为大家介绍一种不使用变压器的三相光伏逆变器拓扑结构，并对其效率的可靠性进行展示。

大功率光伏逆变器需要使用更多的光伏电池组和三相逆变输出(图1)，最大直流母线电压会达到1000V。

图1 三相无变压器式光伏逆变器功能图

这里标准的应用是使用三相全桥电路。考虑到直流母线电压会达到1000V，开关器件必须采用1200V。通常来说，1200V功率器件的开关速度会比600V器件慢很多，这就会增加损耗，影响效率。对于这种应用，一个比较好的替代方案是使用中心点钳位(NPC=neutral point clamped)的拓扑结构(图2)。这样就可以使用600V的器件取代1200V的器件。

图2 三相无变压器NPC光伏逆变器原理图

模块内部集成温度检测电阻

为了尽量降低回路中的寄生电感，最好是把对称的双Boost电路和NPC逆变桥各自集成在一个模块里。

图3 双Boost模块

双Boost电路都是由MOSFET(600V/45mΩ)和SiC二极管组成，旁路二极管主要是当输入超过额定负载时，旁路Boost电路，从而改善逆变器整体效率。

中间换向环节由75A/600V的IGBT和快恢复二极管组成，上下高频切换环节由MOSFET(600V/45mΩ)组成中心点钳位二极管由SiC二极管组成。

图4 flowSOL-NPI NPC逆变桥

对于这种拓扑结构，关于模块的设计要求基本类似于前文提到的单相逆变模块，唯一需要额外注意的是，无论是双Boost电路还是NPC逆变桥，都必须保证DC ，DC-和中心点之间的低电感设计。

有了这两个模块，就很容易设计更高功率输出光伏逆变器。例如使用两个双Boost电路并联和三相NPC逆变桥就可以得到一个高效率的10kW的光伏逆变器。而且这两个模块的管脚设计充分考虑了并联的需求，并联使用非常方便。

图5 双boost模块并联和三相NPC逆变输出模块布局图

针对1000V直流母线电压的光伏逆变器，NPC拓扑结构逆变器是目前市场上效率最高的。图6比较了NPC模块(MOSFET IGBT)和使用1200V的IGBT半桥模块的效率。

图6： NPC逆变桥输出效率(实线)和半桥逆变效率(虚线)比较

根据仿真结果，NPC逆变器的欧效可以达到99.2%，而后者的效率只有96.4%.。NPC拓扑结构的优势是显而易见的。

本文针对一种无需变压器的高逆变效率光伏拓扑结构进行解析，从结构到原理进行了全面且细致的梳理，帮助大家针对这种新型的逆变技术进行深入的了解，丰富设计经验的同时巩固知识。