微型逆變器通過在單個面板級別管理太陽能收集，而不是像中央逆變器那樣在整個裝置中管理太陽能收集，從而幫助提高太陽能裝置的效率。然而，在過去，確保太陽能收集過程中最大功率輸出所需的復雜控制機制增加了成本并限制了微型逆變器的接受度。雖然復雜且具有成本效益的 IC 和基于處理器的解決方案處理微型逆變器設計的邏輯控制方面，但各種電壓控制器和穩(wěn)壓器提供了互補的解決方案，用于從太陽能電池板直流輸出發(fā)電。

　　在典型的微型逆變器設計中，數(shù)字邏輯控制器或 MCU 執(zhí)行最大功率點跟蹤 （MPPT） 算法，旨在確保面板的最佳輸出。在這個過程中，這些邏輯器件監(jiān)控和調整電源轉換路徑，以產生具有電網要求特性的交流電壓。在這個功率轉換路徑中，DC/DC 轉換器的性能特性在確定功率轉換和輸出的整體效率方面發(fā)揮著核心作用。對于工程師而言，在某些情況下，有效的轉換器解決方案可以利用集成 DC/DC 轉換器，但這些設計通常建立在能夠驅動所需柵極的電壓控制器上，以處理大多數(shù)微型逆變器所需的更高電壓和電流。

　　在功能能力方面，微型逆變器是由太陽能電池板輸出驅動的 DC/AC 電源，依靠熟悉的電壓轉換器拓撲來最大限度地提高電源轉換效率。對于微型逆變器設計，正激和反激式轉換器仍然是 DC/DC 轉換最常用的拓撲結構，其采用可控硅整流器 （SCR） 或 MOSFET 全橋，用于在所需電網頻率下產生交流波形（圖 1）。

　　圖 1：在簡單的微型逆變器設計中，交錯式有源鉗位反激式逆變器可以提升來自太陽能電池板的低壓直流電，以提供電網所需的高壓交流電波形。（由微芯科技提供）

　　與電源設計一樣，微型逆變器設計需要多種設計技術來提高效率和可靠性。使用交錯式反激拓撲有助于通過降低通過它們的紋波電流 RMS 來延長這些設計中通常使用的輸入大容量電解電容器的使用壽命。此外，這種方法提供的減小的輸出電流紋波會導致低輸出電流 THD。此外，有源鉗位技術的應用可以實現(xiàn)更高的最大占空比，從而允許使用更高的匝數(shù)比，這可以顯著降低初級側的電流應力和次級側的電壓應力。

　　為確保最大能量輸出，轉換器必須能夠響應微型逆變器控制邏輯，該邏輯旨在使轉換器電壓和電流盡可能接近其 MPPT 算法產生的理想特性。更重要的是，連接到電網的微型逆變器需要能夠在電源故障期間將自己與電網斷開連接。反過來，這些故障保護功能要求電源轉換器至少具有過壓和欠壓檢測能力。

　　綜合解決方案

　　制造商提供了許多旨在滿足微型逆變器要求的集成解決方案。單芯片橋控制器和 DC/DC 轉換器提供了實現(xiàn)即使是最復雜的電源轉換路徑所需的功能，該路徑可最大限度地提高功率密度，同時最大限度地減少組件數(shù)量。事實上，設計人員可以找到專門用于太陽能電池板能量收集的控制器，例如Intersil ISL1801和Texas Instruments SM72295 。

　　Intersil ISL1801 能夠支持降壓、升壓或降壓-升壓拓撲，集成了所需的偏置穩(wěn)壓器、柵極驅動器、電流檢測放大器和比較器，以及一對開關穩(wěn)壓器，用于為微型逆變器設計中的其他設備供電。德州儀器 SM72295 同樣為太陽能轉換應用提供了完整的片上電路。除了用于電流檢測的跨導放大器外，SM72295 還集成了四個獨立的 3 A MOSFET 柵極驅動器，具有信號調理、濾波、電源良好和過壓檢測功能（圖 2）。

　　圖 2：設計人員可以使用德州儀器 SM72295 等開關控制器來實現(xiàn)能夠處理太陽能電池板功率輸出的高效 DC/DC 轉換器。（德州儀器提供）

　　雖然不是專門針對太陽能轉換，但各種開關控制器作為有吸引力的替代品，每一種都提供能夠滿足單個微型逆變器設計的特殊要求的功能。例如，Microchip Technology 的MCP1630V脈寬調制器 （PWM） 設計用于與還可以執(zhí)行 MPPT 并進行整體控制的 MCU 輕松集成。借助該器件，設計人員可以使用 MCU IO 引腳來控制 MCP1630V 的工作特性，包括開關頻率和占空比，從而形成一個高度靈活的電源系統(tǒng)，能夠根據需要進行調整以優(yōu)化性能。

　　其他控制器（例如ON Semiconductor NCP1562）具有專門的功能，例如一對能夠驅動功率轉換級內不同功能的同相輸出。例如，主輸出可以驅動正向轉換器初級 MOSFET，而次級輸出可以驅動有源鉗位電路 MOSFET。除了過壓和欠壓檢測外，NCP1562 還提供額外的保護功能，例如在檢測到嚴重故障時關閉轉換器的“軟停止”電路。

　　雖然控制器適用于高電壓、大電流應用，但一些微型逆變器應用可以利用集成電源管理 IC （PMIC），提供完整的 DC/DC 轉換器解決方案，而無需額外的組件。例如，Maxim Integrated的 MAX5033降壓轉換器滿足了對功率敏感的微型逆變器應用的需求，在空載時僅消耗 270 μA 的靜態(tài)電流。在重負載工作期間，MAX5033 以固定的 125 kHz 開關頻率工作，并自動切換到脈沖跳躍模式，以在輕負載時提供低靜態(tài)電流和高效率。

　　微型逆變器設計人員還可以利用其他 PMIC，例如STMicroelectronics SPV1020升壓轉換器（圖 3）和 Texas Instruments SM72485 SolarMagic 降壓轉換器，專為太陽能收集而設計。除了集成 MPPT 和故障控制器，STMicroelectronics SPV1020 還集成了用于有源開關和同步整流器的功率 MOSFET，從而減少了實現(xiàn)太陽能轉換 DC/DC 轉換器所需的外部設備數(shù)量。

　　圖 3：STMicroelectronics SPV1020 DC/DC 轉換器專為太陽能收集而設計，將其集成電源轉換功能與片上 MPPT 和故障控制器相結合。（意法半導體提供）

　　德州儀器 SM72485 集成了實現(xiàn)具有成本效益的降壓 DC/DC 穩(wěn)壓器所需的一整套功能。SM72485 使用不需要環(huán)路補償?shù)目刂品桨福⑼ㄟ^強制關斷時間限制電流。在這里，該器件監(jiān)控輸出電壓，當電壓低于其內部基準電壓時，將打開其集成的 100 V N 溝道降壓開關，并持續(xù)一段由線路電壓和外部編程電阻決定的固定時間。

　　結論

　　微型逆變器設計帶來了對控制、功率轉換和效率的要求，這些要求在過去限制了它們的廣泛接受。然而，隨著集成解決方案的出現(xiàn)，設計人員可以利用各種合適的設備。雖然專用處理器提供微型逆變器所需的高級控制功能和 MPPT 功能，但功率轉換級的設計需要設備具有安全高效地向電網供電所需的性能特征和功能。通過利用多種可用的集成開關控制器和 PMIC，工程師可以在微型逆變器設計中創(chuàng)建高效、具有成本效益的電源轉換級。