現(xiàn)在許多住宅使用的是組合太陽能發(fā)電和電池儲能系統(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)換拓撲上取捨，才能夠?qū)崿F(xiàn)效能，本文說明不同轉(zhuǎn)換器拓撲結(jié)構(gòu)的優(yōu)點和挑戰(zhàn)。
隨著儲能系統(tǒng)價格變得更實惠，加上電價不斷上漲，消費者對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)電和電池儲能系統(tǒng)，以便在太陽能不足以支援需求時提供能源。圖一說明住宅的應(yīng)用實例，圖二是顯示典型的太陽能逆變器系統(tǒng)如何與儲能系統(tǒng)整合。
| 圖一 : 住宅太陽能發(fā)電和儲能系統(tǒng)安裝 |
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| 圖二 : 附儲能系統(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，同時也能夠加快上市時間。然而，這些需求並非都可以同時實現(xiàn)，需要在這些子區(qū)塊的最佳化電源轉(zhuǎn)換拓撲上有所取捨。
AC/DC和DC/DC降壓和升壓電源轉(zhuǎn)換器的現(xiàn)有電源拓撲的共同點是交錯執(zhí)行半橋或轉(zhuǎn)換器分支，以提高DC/DC轉(zhuǎn)換器功率位準，或是藉由放置三個以120度相移執(zhí)行的分支來實現(xiàn)三相運作AC/DC逆變器或功率因數(shù)校正級。圖三顯示五種電源拓撲的簡化原理圖。
【拓撲 1】二級轉(zhuǎn)換器拓撲
在二級轉(zhuǎn)換器拓撲中，脈衝寬度調(diào)變（PWM）訊號互補（具有死區(qū)延遲以避免因切換訊號重疊而造成直通） 到電源裝置Q1和Q2。對於輸出端的正弦波，在Q1處應(yīng)用的工作週期>50%。對於輸出端的負正弦波，Q2具有 >50%的工作週期。控制輸出功率是一個簡單的概念，但線路濾波器之前的輸出訊號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。進入濾波器的漣波頻率即是PWM頻率，會影響濾波器的大小。
三階拓撲允許使用較小的被動元件，並且與二階轉(zhuǎn)換器相比具有更低的EMI。有四個三階拓撲：
【拓撲 2】T 型拓撲
T 型拓撲以電晶體圍繞中性點排列的方式命名（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到600 V，以節(jié)省此類型轉(zhuǎn)換器的成本。
【拓撲3】主動中性點鉗位 （ANPC） 轉(zhuǎn)換器拓撲
在ANPC轉(zhuǎn)換器拓撲中，VN與主動開關(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)，這對成本會有正面影響。
關(guān)閉此轉(zhuǎn)換器時，務(wù)必將每個開關(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，其允許在硬體中實現(xiàn)關(guān)機邏輯以卸載MCU的軟體任務(wù)。
【拓撲 4】中性點鉗位 （NPC）
轉(zhuǎn)換器拓撲衍生自ANPC拓撲。在此，VN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拓撲一樣，所有開關(guān)的額定電壓可以是最大DC鏈路電壓的一半，但是沒有兩個開關(guān)，而是有兩個快速二極體。
與ANPC拓撲相比，NPC拓撲的成本略低，但效率也略低。關(guān)斷順序的需求也和ANPC拓撲相同。從上述提及的ANPC參考設(shè)計衍生出NPC拓撲很容易。
【拓撲 5】飛馳電容器拓撲
此轉(zhuǎn)換器在於電容器連接到由Q1和Q2以及Q3和Q4實現(xiàn)的堆疊半橋的開關(guān)節(jié)點。電容器兩端的電壓限制為DC 鏈路電壓的一半，並在V+/V–之間進行週期性轉(zhuǎn)移；並會在轉(zhuǎn)移時進行電力傳輸。此拓撲於正弦波和負正弦波期間使用所有開關(guān)。在此拓撲中，濾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，對於成本方面會有正面影響。
圖四表列出不同拓撲結(jié)構(gòu)的優(yōu)點和挑戰(zhàn)，從中可以對照差異。
| 圖四 : 不同轉(zhuǎn)換器拓撲結(jié)構(gòu)的優(yōu)點和挑戰(zhàn) |
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與傳統(tǒng)二階轉(zhuǎn)換器相比，所有四種三階拓撲在功率密度（具有最小解決方案尺寸）、高度可靠的運作和快速上市時間方面都具有明顯的優(yōu)勢。在使用寬頻隙裝置和高性能MCU下，能以相似的成本更進一步擴增這些優(yōu)勢。
