太阳能光伏逆变器
运用太阳辐射直接产生的电能绝大部分来自太阳能光伏(PV)电池，它将光子能量转化成电子流，然后构成电流。图1所示为大型光伏发电设备的航拍照片。
图1. 亚利桑那州尤马县太阳能光伏发电设备1
太阳能光伏 (PV) 逆变器转化来自太阳能电池板的电能并高效地将其布置到共用电网中。来自太阳能电池板的直流电(相似于直流电流源)会被转化成沟通，并以正确的相位联系馈送到共用电网上，功率高达98%。PV逆变器转化进程可以分为一级或多级。
第 1 级一般为从构成太阳能电池板的低电压高电流太阳能电池到与电网沟通电压兼容的高电压低电流水平的DC/DC转化。依据详细拓扑结构，假如直流端以串联办法衔接有足够多的太阳能电池，那么或许无需该级，便可保证一切负载条件下均具有安稳的高电压。
在第 2级中，一般运用H桥拓扑结构将直流转化成沟通。PV逆变器规划或许会运用中性点箝位(NPC)等H桥变体来进步成效，并下降体系无功功率。
前期太阳能PV逆变器仅仅将电能转储到共用电网的模块。较新规划则着重安全性、智能电网整兼并削减本钱。规划人员正在考虑选用现有太阳能逆变器模块中未运用的新技能来改进功用和下降本钱。
一个关键因素是依据核算机的仪器仪表和操控，但有必要运用阻隔栅来维护丈量和核算电路，使其不受功率处理电路以及开关所引起的瞬态信号影响。本文将评论iCoupler® 阻隔技能 怎么运用ADI公司的阻隔式模数转化器(ADC)和栅极驱动器来下降太阳能PV逆变器的本钱、添加智能电网整合度并进步其安全性。
智能电网
什么是智能电网? IMS Research将智能电网界说为“一种本身可以高效匹配和办理发电和用电并可最大程度地运用各种可用资源的共用供电基础设施”。这意味着新一代太阳能PV逆变器需求愈加智能，以便与智能电网衔接，尤其是处理多个来历供电大于电网所需电能时呈现的不平衡状况。因而，PV体系智能需求要点重视电网整合，其间奉献体系电能的每个方面有必要相互配合，以安稳电网，而不是简略地开环供电。电网整合要求更好地对馈入电网的电能进行丈量、操控和质量剖析。此外，新指令和更高的技能要求也需求新技能。
因而，智能电网整合的一项重要部分特性或许是储能，即经过将不需求的电能储存起来供顶峰时段运用，然后削减电网中的湍流。本文余下部分将要点评论电气阻隔在维护仪器仪表电路(用于丈量和操控来历、互连和储能元件)上的效果，并首要着重iCoupler技能的重要效果。详细而言，AD7401A阻隔式ADC和ADuM4223阻隔式栅极驱动器可供给满意新式太阳能PV逆变器规划要求的功用。
阻隔技能
在iCoupler技能中，变压器会在两个独自供电的电路之间耦合数据，一起防止这两个电路之间存在任何电流衔接。变压器选用晶圆级工艺直接在片内制作。坐落镀金层下方的高击穿电压聚酰亚胺层将上方线圈与下方线圈阻隔开来。运用1 ns脉冲编码的输入逻辑转化送至变压器的原边。从一个变压器线圈耦合到另一个变压器线圈的脉冲由变压器副边上的电路来检测。
阻隔式ADC
图2显现的是一对与简介中所述相似的太阳能PV逆变器。它们接到与电网相连的电源总线，可以独自地进行丈量和开关。每个太阳能电池板均衔接到其DC/DC升压电路，然后衔接到DC/AC逆变器。(运用时，储能电池的衔接和开关均受操控。为了简洁起见，本文疏忽了关于储能的一切评论内容。)
图2. 太阳能PV体系示例
A 数字信号处理器担任操控该进程。AD7401A阻隔式ADC丈量约为25 A的沟通输出电流。太阳能PV逆变器体系或许在输出端衔接有阻隔变压器，也或许没有。假如为节约本钱而省掉该变压器，太阳能PV逆变器还有必要丈量输出电流的任何直流成分。该“直流注入”存在与否及其起伏是一个关键问题，由于假如注入电网的直流电流过多，则或许导致其途径上的一切变压器产生饱满。该值有必要约束在很低的微安规模内;因而，AD7401A有必要丈量25 A左右的沟通电流和毫安规模内的低直流电流。
AD7401A iCoupler阻隔式Σ-调制器ADC对分流电阻上的电压进行接连采样，如图3所示。其输出为1位数据流，该数据流会被阻隔并直接馈入DSP。输出流中1的密度代表输入起伏，可运用DSP中完成的数字滤波器来重构。
图3. 阻隔式AD7401A ADC
太阳能PV逆变器体系中需求阻隔，首要原因是沟通电网上的高电压。即使是在单相体系中，沟通电压也或许高达380 V。AD7401A的阻隔才能可以处理高达561 V的双极性电压，因而十分适合该运用。选用AD7401A的首要优势之一是其小型封装答应ADC十分接近实践的沟通分流电阻，而DSP或许相距较远，乃至或许坐落体系的其它电路板上。这可以进步丈量和操控体系中的数据精度和可靠性。ADC输出数据经过单个位流以串行办法发送至DSP，其间时钟速率为16 MHz并由DSP供给。
这个体系可以丈量高达25 A的沟通电流和较低微安规模内的直流注入。图4展现的是AD7401A SMS太阳能模块的失谐和线性差错。这表明整个温度规模内分流电阻上的失调电流规模为±20 mA。因而，该模块可以运用单个解决方案丈量低至20 mA的直流注入以及25 A(或以上)的体系电流。电流变压器及其它类型的丈量体系或许需求两个器材，一个用于丈量较大的沟通电流(25 A左右)，一个用于丈量较小的直流电流(300 mA左右)。这是显现iCoupler技能怎么下降智能电网整合本钱的一个比如。
为将分流电阻上的功率损耗(以及因自热效应而导致的热差错)降至最小，其电阻值有必要尽或许小，典型值为1 mΩ。Σ-型转化器的极高分辨率使得可将分流电阻损耗保持在与传统磁换能器解决方案平等水平，一起进步精度并下降失调，如图4所示。
图4. AD7401A SMS太阳能模块的失谐和线性度
a. 失调与温度的联系b. 差错与输出电流的联系
尽管满量程精度十分好，但器材线性度的真实检测在于其绝对差错，尤其是低电平规模内。绝对差错是指与其值规模内丈量相关的差错，而不只仅满量程时的差错。有些电流变压器是按0.1%满量程规模来规则器材规范。尽管这看起来不错，但或许无法说明完好状况。
依据图4所示的数据，运用AD7401A丈量电流时的绝对差错在整个规模内都适当小，这表明太阳能PV逆变器的输出波形具有低非线性度和更少的谐波失真。在与电网集成时，这样有助于下降谐波失真，这也是该新技能怎么进步功用的另一个比如。
阻隔式栅极驱动器
关于给定太阳能输入，太阳能PV逆变器的功率越高，其每年发电量就越多，因而太阳能电厂的出资回报率也就越高。由于其本钱较低，现在趋势是运用无变压器型电气体系来馈入共用电网。由于逆变器的功率水平适当高，因而需求愈加留意其丈量和操控电子设备的内部阻隔，即逆变器MOSFET和/或栅极驱动器的电源部分和低压电路之间需求进行阻隔。
图5. 太阳能PV逆变器的H桥电路示例
图5所示为典型太阳能PV逆变器中DC/AC转化器的一种或许的H桥装备完成办法。关于当今市场上的新式SiC型JFETS，该电路的直流链路电压规模为300 V至1000 V。H桥的电流输出波形由电感和%&&&&&%进行滤波。输出继电器将经过滤波的输出以受控办法衔接到电网。在高压环境中，需求运用栅极驱动器来驱动MOSFET的栅极和源极——太阳能PV逆变器中又一个需求阻隔的场合。
举例来说，图6所示的ADuM4223便是一款具有两个独立阻隔通道的4 A阻隔式、双通道栅极驱动器。其最大传达推迟为60 ns，共模瞬变抗扰度大于100 kV/μs(最大值)。该器材契合DIN VDE0110、DIN VDE 088410和UL1577等多种规范的相关部分要求，如数据手册中所述。
图6. ADuM4223栅极驱动器
下面是ADuM4223的一些最重要的阻隔参数：
• 最大接连作业电压
• 沟通单极性和直流电压：1131 V
• 沟通双极性电压：565 V
• 浪涌阻隔电压：6 kV
• 额外电介质阻隔电压：5 kV
该器材在单个封装中有两个通道，别离用于高端和低端MOSFET。经过在单个封装内集成这两个通道，不只可以节约本钱，并且还可以节约PCB空间。
运用传统光耦合器时，要么需求一个阻隔式栅极上具有电平转化功用的光耦合器，要么或许需求两个光耦合器(有关更多概况，请参阅MS-2318 技能文章)——这是该立异阻隔技能怎么下降本钱的另一个比如。
太阳能PV逆变器的另一个重要问题是需求具有高共模瞬态抗扰度，以保证体系中的任何大瞬态 (dV/dt)不能以容性耦合或其他办法跨过阻隔栅，由于这或许会使高端和低端MOSFET一起(突发)翻开。ADuM4223具有高共模瞬变抗扰度：>100 kV/μs(最大值)，这是该立异技能怎么进步体系安全性的另一个比如。
定论
电流阻隔是施行智能电网来整合很多太阳能光伏逆变器时所需丈量和操控体系的一项重要要求。ADI公司的阻隔式ADC可以运用单个解决方案丈量大电流和直流注入电流，有助于构建高效而紧凑的智能电网整合电路。ADI公司的阻隔式栅极驱动器具有杰出的共模瞬变抗扰度特性，有助于保证这些新式PV逆变器体系的安全性和可靠性。
新技能是促进智能电网整合和绿色能源安全高效出产的首要因素——在安稳电网和进步电网体系上一切作业人员的安全性方面扮演着重要人物。本文所述阻隔产品是ADI公司针对工业丈量和操控的丰厚立异产品中当时和未来规划的杰出比如。
