現(xiàn)在許多住宅使用的是組合太陽能發(fā)電和電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，這種類型的系統(tǒng)具有用於AC/DC和DC/DC轉(zhuǎn)換的高效電源管理元件和高功率密度，具備極高的可靠性及最低損耗，但這些需要在子區(qū)塊的電源轉(zhuǎn)換拓?fù)渖先危拍軌驅(qū)崿F(xiàn)效能，本文說明不同轉(zhuǎn)換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)和挑戰(zhàn)。
隨著儲(chǔ)能系統(tǒng)價(jià)格變得更實(shí)惠，加上電價(jià)不斷上漲，消費(fèi)者對(duì)再生能源的需求日益增加。許多住宅現(xiàn)在使用的是組合太陽能發(fā)電和電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，以便在太陽能不足以支援需求時(shí)提供能源。圖一說明住宅的應(yīng)用實(shí)例，圖二是顯示典型的太陽能逆變器系統(tǒng)如何與儲(chǔ)能系統(tǒng)整合。
| 圖一 : 住宅太陽能發(fā)電和儲(chǔ)能系統(tǒng)安裝 |
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| 圖二 : 附儲(chǔ)能系統(tǒng)的典型太陽能逆變器系統(tǒng) |
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在最佳的情況下，這種類型的系統(tǒng)具有用於AC/DC和DC/DC轉(zhuǎn)換的高效電源管理元件和高功率密度（具有最小的解決方案尺寸），不僅具備極高的可靠性和最低損耗，同時(shí)也能夠加快上市時(shí)間。然而，這些需求並非都可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)，需要在這些子區(qū)塊的最佳化電源轉(zhuǎn)換拓?fù)渖嫌兴巍?/span>
AC/DC和DC/DC降壓和升壓電源轉(zhuǎn)換器的現(xiàn)有電源拓?fù)涞墓餐c(diǎn)是交錯(cuò)執(zhí)行半橋或轉(zhuǎn)換器分支，以提高DC/DC轉(zhuǎn)換器功率位準(zhǔn)，或是藉由放置三個(gè)以120度相移執(zhí)行的分支來實(shí)現(xiàn)三相運(yùn)作AC/DC逆變器或功率因數(shù)校正級(jí)。圖三顯示五種電源拓?fù)涞暮?jiǎn)化原理圖。
| 圖三 : 半橋和分支等效的電源拓?fù)?/td> |
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【拓?fù)?1】二級(jí)轉(zhuǎn)換器拓?fù)?/span>
在二級(jí)轉(zhuǎn)換器拓?fù)渲校}衝寬度調(diào)變（PWM）訊號(hào)互補(bǔ)（具有死區(qū)延遲以避免因切換訊號(hào)重疊而造成直通） 到電源裝置Q1和Q2。對(duì)於輸出端的正弦波，在Q1處應(yīng)用的工作週期>50%。對(duì)於輸出端的負(fù)正弦波，Q2具有 >50%的工作週期。控制輸出功率是一個(gè)簡(jiǎn)單的概念，但線路濾波器之前的輸出訊號(hào)具有完整的匯流排電壓擺幅，需要更大的濾波器來減少電磁干擾。進(jìn)入濾波器的漣波頻率即是PWM頻率，會(huì)影響濾波器的大小。
三階拓?fù)湓试S使用較小的被動(dòng)元件，並且與二階轉(zhuǎn)換器相比具有更低的EMI。有四個(gè)三階拓?fù)洌?/span>
【拓?fù)?2】T 型拓?fù)?/span>
T 型拓?fù)湟噪娋w圍繞中性點(diǎn)排列的方式命名（VN）。Q1和Q2在DC鏈路之間連結(jié)，而Q3和Q4與VN串聯(lián)。濾波器看到的漣波頻率等於應(yīng)用於開關(guān)Q1至Q4的PWM頻率。這定義了濾波器元件尺寸，以在AC線路頻率下實(shí)現(xiàn)所需的低總諧波失真。Q1和Q2可以看到完整的匯流排電壓，
對(duì)於系統(tǒng)中的800-V DC鏈路電壓，額定電壓為 1,200 V。由於Q3和Q4連接到VN，因此它們只能看到一半的匯流排電壓，在800-V DC鏈路電壓系統(tǒng)中的額定電壓可以達(dá)到600 V，以節(jié)省此類型轉(zhuǎn)換器的成本。
【拓?fù)?】主動(dòng)中性點(diǎn)鉗位 （ANPC） 轉(zhuǎn)換器拓?fù)?/span>
在ANPC轉(zhuǎn)換器拓?fù)渲校琕N與主動(dòng)開關(guān)Q5和Q6相連，並將VN設(shè)定在DC鏈路電壓之間。與T型轉(zhuǎn)換器一樣，濾波器看到的漣波頻率等於定義AC線路濾波器大小的PWM頻率。這種架構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在於所有開關(guān)的額定電壓都可以是最大DC鏈路電壓的一半；在800-V系統(tǒng)中，可以使用600-V額定開關(guān)，這對(duì)成本會(huì)有正面影響。
關(guān)閉此轉(zhuǎn)換器時(shí)，務(wù)必將每個(gè)開關(guān)的所有電壓限制為DC鏈路電壓的一半。換句話說，控制微控制器（MCU）需要處理關(guān)斷順序。TI的TMS320F280049C和C2000產(chǎn)品系列中的其他裝置具有可配置邏輯，其允許在硬體中實(shí)現(xiàn)關(guān)機(jī)邏輯以卸載MCU的軟體任務(wù)。
【拓?fù)?4】中性點(diǎn)鉗位 （NPC）
轉(zhuǎn)換器拓?fù)溲苌訟NPC拓?fù)洹Ｔ诖耍琕N透過二極體D5和D6連接，並將VN設(shè)定在DC鏈路電壓之間。濾波器看到的輸出漣波頻率等同於定義AC線路濾波器大小的PWM頻率。與ANPC拓?fù)湟粯樱虚_關(guān)的額定電壓可以是最大DC鏈路電壓的一半，但是沒有兩個(gè)開關(guān)，而是有兩個(gè)快速二極體。
與ANPC拓?fù)湎啾龋琋PC拓?fù)涞某杀韭缘停室猜缘汀ｊP(guān)斷順序的需求也和ANPC拓?fù)湎嗤纳鲜鎏峒暗腁NPC參考設(shè)計(jì)衍生出NPC拓?fù)浜苋菀住?/span>
【拓?fù)?5】飛馳電容器拓?fù)?/span>
此轉(zhuǎn)換器在於電容器連接到由Q1和Q2以及Q3和Q4實(shí)現(xiàn)的堆疊半橋的開關(guān)節(jié)點(diǎn)。電容器兩端的電壓限制為DC 鏈路電壓的一半，並在V+/V–之間進(jìn)行週期性轉(zhuǎn)移；並會(huì)在轉(zhuǎn)移時(shí)進(jìn)行電力傳輸。此拓?fù)潇墩也ê拓?fù)正弦波期間使用所有開關(guān)。在此拓?fù)渲校瑸V波器看到的輸出漣波頻率是 PWM 頻率的兩倍，假定飛馳電容器的每個(gè)週期偏移產(chǎn)生更小尺寸的AC線路濾波器。同樣的，所有開關(guān)的額定電壓都可以是最大DC鏈路電壓的一半，對(duì)於成本方面會(huì)有正面影響。
圖四表列出不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)和挑戰(zhàn)，從中可以對(duì)照差異。
| 圖四 : 不同轉(zhuǎn)換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)和挑戰(zhàn) |
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與傳統(tǒng)二階轉(zhuǎn)換器相比，所有四種三階拓?fù)湓诠β拭芏龋ň哂凶钚〗鉀Q方案尺寸）、高度可靠的運(yùn)作和快速上市時(shí)間方面都具有明顯的優(yōu)勢(shì)。在使用寬頻隙裝置和高性能MCU下，能以相似的成本更進(jìn)一步擴(kuò)增這些優(yōu)勢(shì)。
