淺談如何利用光耦合器提高PV逆變器的性能

太陽(yáng)能（PV）逆變器將太陽(yáng)能板產(chǎn)生的直流電壓轉換成交流電壓，可用于公共電網(wǎng)和商用電器。光耦合器為此一過(guò)程重要組成部分，因其能防止轉換過(guò)程中因元件損壞或傳輸失真造成的高電壓和瞬變電壓。本文將探討提高光耦合器功率緩衝，使其不易受到雜訊干擾的設計技術(shù)。

　　光耦合器助臂力　太陽(yáng)能逆變器可靠度大增

　　將太陽(yáng)光轉化成能量的過(guò)程中，太陽(yáng)能面板通常會(huì )產(chǎn)生高電壓的直流輸出。將直流輸出轉換成高電壓的交流輸出，可將線(xiàn)路損耗降至最低，并讓輸出的電力進(jìn)行長(cháng)距離傳輸，既可傳輸到電力公司電網(wǎng)，亦可傳輸到安裝太陽(yáng)能板的建筑物內部電網(wǎng)。直流對交流（DC-AC）的轉換，係由稱(chēng)為太陽(yáng)能逆變器的子系統所完成，其既可設計成單一的太陽(yáng)能面板，亦可用作對太陽(yáng)能面板陣列進(jìn)行轉換的中央單元。

　　如果太陽(yáng)能逆變器安裝于單一的太陽(yáng)能面板，此稱(chēng)為微型逆變器（圖1），此為較小型的解決方案，適用于住宅和一般建筑物，其太陽(yáng)能板的電力可直接用于建筑物的內部網(wǎng)路和商用電器。此種情況下，通常逆變器工作功率小于300瓦（W）。

　　圖1 安裝于單一PV板上的微型逆變器架構

　　當太陽(yáng)能逆變器作為支援數個(gè)PV板的獨立單元時(shí)，稱(chēng)為中央逆變器（Central Inverter）（圖2），其塊狀圖式本質(zhì)上與微型逆變器相同，只是多一個(gè)電池系統，可存儲多個(gè)太陽(yáng)能板的能量，然后輸送到公用電網(wǎng)。中央逆變器的工作電壓，一般均在1千瓦（kW）或者以上。

　　圖2 支援PV板陣列的中央逆變器架構

　　當光耦合器整合到驅動(dòng)直流對直流（DC-DC）和DC-AC轉換器的模組中，如圖1和圖2所示。在此兩種類(lèi)型的太陽(yáng)能逆變器中，光耦合器皆為系統的重要組成部分，可防止線(xiàn)路一端的高電壓和瞬變電壓造成另一端的元件損壞或傳輸失真。

　　當用于隔離高雜訊、高電壓和高電流的電路與低電壓控制電路時(shí)，光耦合器可提高性能，讓印刷電路板（PCB）尺寸變得更小，且電路設計更容易。將高電壓元件與低電壓控制電路隔離，亦有助于保護安裝、操作或修理太陽(yáng)能逆變器的電網(wǎng)員工或維修人員。

　　適用于太陽(yáng)能逆變器的閘極驅動(dòng)光耦合器，可驅動(dòng)高速金屬氧化物半導體場(chǎng)效電晶體（MOSFET）和絕緣閘雙極電晶體（IGBT），并能優(yōu)化啟動(dòng)性能、提高雜訊免疫力。

　　能驅動(dòng)1，200伏特（V）/20安培（A）IGBT和MOSFET的閘極驅動(dòng)光耦合器，其高等級的共模抑制（CMR），使抗噪能力更強；100奈秒（ns）的脈寬失真（PWD）可提高電源效率，讓設計人員使用更小的濾波器，從而減小設計尺寸，降低成本；PWD級支援1，414V工作電壓峰值，從而滿(mǎn)足1，200V IGBT切換。

　　簡(jiǎn)述光耦合器操作方式

　　可做為控制功率MOSFET或IGBT閘極的功率緩衝器（Power Buffer）的光耦合器，以正電壓（VOH）形式，為功率半導體的閘極提供峰值充電電流，從而開(kāi)啟設備。光耦合器將驅動(dòng)設備的閘極拉至零電壓（VOL）或更低，以便關(guān)閉閘極。

　　MOSFET或IGBT通常以半橋拓撲配置排列。每個(gè)高壓側N通道MOSFET/IGBT的泄極連接到電源的正電極端，而每個(gè)源極連接到低壓側電晶體。低壓側電晶體的源極連接到系統電源的負電極。