系统变得简单第1部分：太阳能逆变器

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大家好。

我是 Jayanth Rangaraju，今天 和我一起的是来自

工业系统团队的 Bart Basile。

今天，欢迎您观看 我们新的视频系列，

它叫做“轻松实现系统”。

对于我们的太阳能收集而言， 今年是创纪录的一年，在全球

增加了大约 40 千兆瓦的容量。

其中每个太阳能 收集器中的一个

主要系统是光伏逆变器。

光伏逆变器或 具有同样用途的

任何种类的逆变器 将获取直流电压输入，

并将其转换为 交流输出，用于

为家庭或企业中的 标准电器和电子

产品供电。

当安装在家庭 或企业中时，

光伏逆变器可以 连接到电网中，从而

对能耗进行偏置， 或者在某些情况下，

甚至可以为 公共设施提供能量。

为此，它必须能够 将其交流输出

与电网电压进行 同步，并符合特定的

安全要求， 例如电网

电压消失时的交流 输出浪涌关闭。

就像所有其他 器件一样，逆变器

采用各种 形式和尺寸，

例如微逆变器、串式 逆变器、中央逆变器等等。

Bart，您能帮助 我们的观看者

了解他们应为他们的 太阳能应用考虑哪种

逆变器吗？

传统上而言， 有一系列

太阳能电池板连接到 一个串式逆变器。

这些逆变器获取 约 600 伏的直流输入，

这等于几千瓦的 太阳能容量。

用于一个完整串的 逆变器需要适当地

调整大小，但它 会使转换集中化，

这样在设计 正确时能够

使整体太阳能 系统安装成本更低。

一种新兴技术是 微型光伏逆变器。

它们的大小被设定为与单个 电池板相匹配或大约 200 至

300 瓦。

通过分配逆变 过程，太阳能阵列

能够适应 复杂得多的

屋顶，并且支持安装 更小的阵列，它们

通常能够达到 串式逆变器的

输入电压。

这里是光伏 逆变器的系统方框图。

主要的子系统 为数字控制器、

栅极驱动器、 隔离和通信。

这太好了。

逆变器的主要 功能是将我们

从太阳能电池板 收集的直流转换成交流。

Bart，您能简要地 向我们的观看者

解释一下逆变器 如何能够将直流

电压转换成交流电压吗？

正如您所想象的一样， 从直流到交流的

转换在电子世界并非 一项微不足道的任务。

逆变器首先需要将 输入电压转换成

稳定的可用直流。

这通常具有 几百伏的电压，

以便它能够 被有效地利用，

从而创建交流 波峰值电压。

这些高压差异会在 逆变器设计中带来

它们自身的问题。

现代逆变器使用 以数字方式控制的

动态降压转换器 来生成波形。

通过这种方法， 我们可以匹配

电网频率，并且 更加有效地

对我们的滤波器进行 调优，从而使损耗更小。

数字级具有 大量的传感器

输入，用作对 控制器的反馈，

以确保生成 正确的电压，

并且从直流电源 提取最大量的功率。

好的。

这些数字转换器看起来 在逆变器中非常重要。

我们的客户如何为他们的 光伏逆变器设计选择

正确的控制器？

是的。

控制器选择非常 重要，交流逆变器

是系统的核心。

该控制器通常 是一个 DSP，能够

处理所有信号 输入并以足够

高的速度运行， 以保持对不断

变化的降压 转换器电压

输出进行严格的控制。

由于大多数控制系统 从数字电源架构借鉴而来，

因此使用了 类似的器件 --

真正有助于实现 我们的集成高速

ADC 和 PWM 输出、板载

协处理器和可靠 物理架构的功能。

在 TI，我们拥有专门的 数字电源专家团队，他们

可以告诉我们有关 为工作选择正确的

DSP 的更多信息。

在大多数电子产品 系统中，所有超过 48 伏的

电压都被视为高压。

要在几百伏的 电压下运行，需要

什么种类的技术？

在所有电力电子 设计中，克服电压

限制是一个大问题。

为了传感和 控制这些电压，

我们在 TI 使用 电容式隔离器件。

这些器件允许 高频信号穿过

电力边界，但会 阻止高压直流。

该隔离技术 具有较长的

预期寿命以及 较低的电磁辐射，

从而使其非常 适合工业应用。

在逆变器中，我们 还使用隔离式电源，

以便我们可以 有效地为隔离

边界另一侧的 电子产品供电，

并使用高压 FET 和 IGBT 控制电源路径。

由于使用了多个 需要对这些隔离

障碍进行控制的 高压域，因此电源

架构可能会 变得相当复杂。

幸运的是， 我们不仅

拥有器件和电源专家， 而且拥有 WebBench

和 TI 设计等工具， 可帮助您摆脱困境。

对于这些高功率 器件，我们的客户

应该考虑什么 类型的注意事项？

这些逆变器可以 输出千瓦级的功率。

即使在 120 伏，也会 产生很大的电流。

对于电源路径控制， 我们使用 MOSFET 和 IGBT。

这些器件专用于在很高的 电压和电流下进行开关，

这使得它们成为逆变器 中数字降压转换器的

理想之选。

使用这些器件的 真正关键在于

正确地驱动它们。

输入用作 一个电容器，

它必须在每次 FET 开关时充电和放电。

按照逆变器的要求 对这些器件进行高速

开关时，可能需要 几安的电流来正确

驱动它们。

如果它们的开关 速度不够快，

那么转换级可能会 产生巨大的效率损失。

为了正确地执行它， 使用了专用驱动器，

它们将来自 控制器的数字

PWM 转换至 FET 所需的电流。

随着逆变器 技术的不断进步，

会采用更高的 开关频率，以便

减小磁性 组件的尺寸。

这会导致更快的 充电速度以及

FET 及其驱动器的 持续改进。

随着当今互联家庭 成为如此大的热门

领域，我们的客户 可以为监测他们的

逆变器选择什么 类型的通信标准？

很多人对查看他们的 家用太阳能装置的

实时生产统计 信息很感兴趣，

以确保他们的 投资会得到回报。

借助我们的众多 微控制器中包含的

嵌入式网络， 向逆变器添加

Wi-Fi 或以太网 并不是艰难的任务。

连接到您的 家庭网络之后，

将数据传递到云中以供 用户在任何位置查看

仅有一步之遥。

此外，可以使用 通信系统来

监视系统， 并就可能

需要进行的维护 向所有者发出警报。

嗯，幸运的是， 我们现在还

可以详细阐述 几年来在该市场中

提供支持的 一些通信技术。

ZigBee 或 6LoWPAN 等 低功耗无线连接

标准可以帮助到达 那些难以到达的

位置。

务必查看 ti.com/solarinverter 以了解光伏逆变器

系统解决方案。

Bart，感谢您讲解太阳能。

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我是 Jayanth Rangaraju，今天 和我一起的是来自

工业系统团队的 Bart Basile。

今天，欢迎您观看 我们新的视频系列，

它叫做“轻松实现系统”。

对于我们的太阳能收集而言， 今年是创纪录的一年，在全球

增加了大约 40 千兆瓦的容量。

其中每个太阳能 收集器中的一个

主要系统是光伏逆变器。

光伏逆变器或 具有同样用途的

任何种类的逆变器 将获取直流电压输入，

并将其转换为 交流输出，用于

为家庭或企业中的 标准电器和电子

产品供电。

当安装在家庭 或企业中时，

光伏逆变器可以 连接到电网中，从而

对能耗进行偏置， 或者在某些情况下，

甚至可以为 公共设施提供能量。

为此，它必须能够 将其交流输出

与电网电压进行 同步，并符合特定的

安全要求， 例如电网

电压消失时的交流 输出浪涌关闭。

就像所有其他 器件一样，逆变器

采用各种 形式和尺寸，

例如微逆变器、串式 逆变器、中央逆变器等等。

Bart，您能帮助 我们的观看者

了解他们应为他们的 太阳能应用考虑哪种

逆变器吗？

传统上而言， 有一系列

太阳能电池板连接到 一个串式逆变器。

这些逆变器获取 约 600 伏的直流输入，

这等于几千瓦的 太阳能容量。

用于一个完整串的 逆变器需要适当地

调整大小，但它 会使转换集中化，

这样在设计 正确时能够

使整体太阳能 系统安装成本更低。

一种新兴技术是 微型光伏逆变器。

它们的大小被设定为与单个 电池板相匹配或大约 200 至

300 瓦。

通过分配逆变 过程，太阳能阵列

能够适应 复杂得多的

屋顶，并且支持安装 更小的阵列，它们

通常能够达到 串式逆变器的

输入电压。

这里是光伏 逆变器的系统方框图。

主要的子系统 为数字控制器、

栅极驱动器、 隔离和通信。

这太好了。

逆变器的主要 功能是将我们

从太阳能电池板 收集的直流转换成交流。

Bart，您能简要地 向我们的观看者

解释一下逆变器 如何能够将直流

电压转换成交流电压吗？

正如您所想象的一样， 从直流到交流的

转换在电子世界并非 一项微不足道的任务。

逆变器首先需要将 输入电压转换成

稳定的可用直流。

这通常具有 几百伏的电压，

以便它能够 被有效地利用，

从而创建交流 波峰值电压。

这些高压差异会在 逆变器设计中带来

它们自身的问题。

现代逆变器使用 以数字方式控制的

动态降压转换器 来生成波形。

通过这种方法， 我们可以匹配

电网频率，并且 更加有效地

对我们的滤波器进行 调优，从而使损耗更小。

数字级具有 大量的传感器

输入，用作对 控制器的反馈，

以确保生成 正确的电压，

并且从直流电源 提取最大量的功率。

好的。

这些数字转换器看起来 在逆变器中非常重要。

我们的客户如何为他们的 光伏逆变器设计选择

正确的控制器？

是的。

控制器选择非常 重要，交流逆变器

是系统的核心。

该控制器通常 是一个 DSP，能够

处理所有信号 输入并以足够

高的速度运行， 以保持对不断

变化的降压 转换器电压

输出进行严格的控制。

由于大多数控制系统 从数字电源架构借鉴而来，

因此使用了 类似的器件 --

真正有助于实现 我们的集成高速

ADC 和 PWM 输出、板载

协处理器和可靠 物理架构的功能。

在 TI，我们拥有专门的 数字电源专家团队，他们

可以告诉我们有关 为工作选择正确的

DSP 的更多信息。

在大多数电子产品 系统中，所有超过 48 伏的

电压都被视为高压。

要在几百伏的 电压下运行，需要

什么种类的技术？

在所有电力电子 设计中，克服电压

限制是一个大问题。

为了传感和 控制这些电压，

我们在 TI 使用 电容式隔离器件。

这些器件允许 高频信号穿过

电力边界，但会 阻止高压直流。

该隔离技术 具有较长的

预期寿命以及 较低的电磁辐射，

从而使其非常 适合工业应用。

在逆变器中，我们 还使用隔离式电源，

以便我们可以 有效地为隔离

边界另一侧的 电子产品供电，

并使用高压 FET 和 IGBT 控制电源路径。

由于使用了多个 需要对这些隔离

障碍进行控制的 高压域，因此电源

架构可能会 变得相当复杂。

幸运的是， 我们不仅

拥有器件和电源专家， 而且拥有 WebBench

和 TI 设计等工具， 可帮助您摆脱困境。

对于这些高功率 器件，我们的客户

应该考虑什么 类型的注意事项？

这些逆变器可以 输出千瓦级的功率。

即使在 120 伏，也会 产生很大的电流。

对于电源路径控制， 我们使用 MOSFET 和 IGBT。

这些器件专用于在很高的 电压和电流下进行开关，

这使得它们成为逆变器 中数字降压转换器的

理想之选。

使用这些器件的 真正关键在于

正确地驱动它们。

输入用作 一个电容器，

它必须在每次 FET 开关时充电和放电。

按照逆变器的要求 对这些器件进行高速

开关时，可能需要 几安的电流来正确

驱动它们。

如果它们的开关 速度不够快，

那么转换级可能会 产生巨大的效率损失。

为了正确地执行它， 使用了专用驱动器，

它们将来自 控制器的数字

PWM 转换至 FET 所需的电流。

随着逆变器 技术的不断进步，

会采用更高的 开关频率，以便

减小磁性 组件的尺寸。

这会导致更快的 充电速度以及

FET 及其驱动器的 持续改进。

随着当今互联家庭 成为如此大的热门

领域，我们的客户 可以为监测他们的

逆变器选择什么 类型的通信标准？

很多人对查看他们的 家用太阳能装置的

实时生产统计 信息很感兴趣，

以确保他们的 投资会得到回报。

借助我们的众多 微控制器中包含的

嵌入式网络， 向逆变器添加

Wi-Fi 或以太网 并不是艰难的任务。

连接到您的 家庭网络之后，

将数据传递到云中以供 用户在任何位置查看

仅有一步之遥。

此外，可以使用 通信系统来

监视系统， 并就可能

需要进行的维护 向所有者发出警报。

嗯，幸运的是， 我们现在还

可以详细阐述 几年来在该市场中

提供支持的 一些通信技术。

ZigBee 或 6LoWPAN 等 低功耗无线连接

标准可以帮助到达 那些难以到达的

位置。

务必查看 ti.com/solarinverter 以了解光伏逆变器

系统解决方案。

Bart，感谢您讲解太阳能。

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