【導讀】chunengxitongjiagebiandeyuelaiyueshihui，dianjiayezaishangzhang，yinciduikezaishengnengyuandexuqiubuduanzengjia。xuduozhuzhaixianzaishiyongtaiyangnengfadianhedianchichunengxiangjiehedexitong，quebaozaitaiyangnengwufamanzuxuqiushinenggoutigongnengyuan。tu 1 展示了一個住宅用例，圖 2 展示了如何將典型的光伏逆變器係統與儲能係統進行集成。

圖 1：一種住宅用太陽能發電和儲能係統安裝方案

圖 2：具有儲能係統的典型光伏逆變器係統

理想情況下，這種類型的係統具有可實現交流/直流和直流/直流轉換和高功率密度的高效電源管理組件（具有盡可能小的解決方案尺寸）
，這些組件具有高度可靠性（損耗超低）並有助於將產品快速推向市場。然而，這些要求並非總能同時實現
，需要就這些子塊的理想電源轉換拓撲進行權衡。

交流/直流和直流/直流降壓和升壓電源轉換器的現有電源拓撲的共同點是具有交錯運行的半橋或轉換器分支，旨在用於提高直流/直流轉換器中的功率級別，或者通過放置三個以 120 度相移運行的分支在交流/直流逆變器或功率因數校正級中實現三相工作模式。圖 3 所示為五種電源拓撲的簡化原理圖。

圖 3：半橋電源拓撲和等效分支電源拓撲

拓撲 1：  在兩級轉換器拓撲結構中，脈寬調製（PWM）信號作為補充應用於功率器件Q1和Q2（具有時間延遲

，以避免因開關信號重疊而發生擊穿）。對於輸出端的正正弦波
，Q1 應用的占空比為 >50%。對於輸出端的負正弦波，Q2 的占空比為 >50%。控kong製zhi輸shu出chu功gong率lv是shi一yi個ge簡jian單dan的de概gai念nian
，但dan線xian路lu濾lv波bo器qi之zhi前qian的de輸shu出chu信xin號hao具ju有you一yi個ge全quan總zong線xian電dian壓ya擺bai幅fu
，這zhe種zhong情qing況kuang下xia需xu要yao更geng大da的de濾lv波bo器qi來lai減jian少shao電dian磁ci幹gan擾rao。進jin入ru濾lv波bo器qi的de紋wen波bo頻pin率lv是shi PWM 頻率，會影響濾波器的大小。

與兩級轉換器相比
，三級拓撲允許使用更小的無源器件，並且具有更低的 EMI。共有四種三級拓撲：

拓撲 2：T型拓撲結構因晶體管圍繞中性點（VN）的排列方式而得名。Q1和Q2於直流鏈路連接，而Q3和Q4則與VN串聯。 濾波器看到的紋波頻率等於施加在開關 Q1 至 Q4 上的 PWM 頻率。這決定了需要使用多大的濾波器元件才能在交流線路頻率下實現所需的低總諧波失真。Q1 和 Q2 會看到全總線電壓
，當係統中的直流鏈路電壓為 800V 時
，額定的全總線電壓需要達到 1,200V。由於Q3和Q4連接到VN
，它們隻看到全總線電壓的一半，在800-V的直流鏈路電壓係統中，它們的額定電壓為600V
，這可以節省轉換器類型的成本。了解10kW 雙向三相三級（T 型）逆變器和 PFC 參考設計。

拓撲 3： 在有源中性點箝製（ANPC）轉換器拓撲結構中，VN與有源開關Q5和Q6連接，並將VN設置在直流鏈路電壓的中間。與 T 型轉換器一樣，濾波器看到的紋波頻率等於用來確定交流線路濾波器尺寸的 PWM 頻率。這種架構的優點是所有開關的額定電壓都是最大直流鏈路電壓的一半

；在 800V 係統中，可以使用額定電壓為 600V 的開關，因此有助於節省成本。關閉此轉換器時，務必將每個開關上的所有電壓限製為直流鏈路電壓的一半。換句話說，控製微控製器 (MCU) 需要處理關斷時序。TI的TMS320F280049C 和C2000TM產品係列中的其他器件具有可配置的邏輯，允許在硬件中實現關機邏輯，以卸下MCU的軟件任務。了解基於 GaN 的 11kW 雙向三相 ANPC 參考設計。

拓撲 4：中性點箝製（NPC）轉換器拓撲結構來自ANPC拓撲結構。這裏的VN通過二極管D5和D6連接
，將VN設置在直流鏈路電壓中間。 濾波器看到的輸出紋波頻率等於用來確定交流線路濾波器尺寸的 PWM 頻率。與 ANPC 拓撲一樣
，所有開關的額定電壓都是最大直流鏈路電壓的一半
，但有另外兩個開關需改為兩個快速二極管。與 ANPC 拓撲相比

，NPC 拓撲的成本略有降低，但代價是效率也略有降低。關斷時序的要求也與 ANPC 拓撲相同。從上述 ANPC 參考設計中很容易推導出 NPC 拓撲。

拓撲 5： 飛跨電容型拓撲結構已經告訴你在這個轉換器中發生了什麼
；一個電容器連接到由Q1和Q2以及Q3和Q4實現的疊加半橋的開關節點。電容器上的電壓限製為直流鏈路電壓的一半，並在 V+/V– 之間周期性漂移；漂(piao)移(yi)時(shi)會(hui)進(jin)行(xing)電(dian)源(yuan)輸(shu)送(song)。這(zhe)種(zhong)拓(tuo)撲(pu)在(zai)正(zheng)正(zheng)弦(xian)波(bo)和(he)負(fu)正(zheng)弦(xian)波(bo)期(qi)間(jian)使(shi)用(yong)所(suo)有(you)開(kai)關(guan)。在(zai)這(zhe)種(zhong)拓(tuo)撲(pu)中(zhong)，濾(lv)波(bo)器(qi)看(kan)到(dao)的(de)輸(shu)出(chu)紋(wen)波(bo)頻(pin)率(lv)是(shi)飛(fei)跨(kua)電(dian)容(rong)器(qi)每(mei)個(ge)周(zhou)期(qi)漂(piao)移(yi)時(shi)提(ti)供(gong)的(de) PWM 頻率的兩倍
，因此交流線路濾波器的尺寸更小。同樣，所有開關的額定電壓都是最大直流鏈路電壓的一半，因此有助於節省成本。

表 1 列出了不同拓撲的優點和挑戰。

表 1：不同轉換器拓撲的優點和挑戰

與傳統的兩級轉換器相比，所有四種三級拓撲在功率密度（具有盡可能小的解決方案尺寸）
、高度可靠運行和快速推向市場方麵具有明顯的優勢。使用寬帶隙器件和高性能 MCU 以合理的成本進一步增強了這些優勢。

關於德州儀器 (TI)

德州儀器 (TI) (納斯達克股票代碼：TXN) 是一家全球性的半導體公司，致力於設計、製造、測試和銷售模擬和嵌入式處理芯片，用於工業、汽車、個人電子產品、通tong信xin設she備bei和he企qi業ye係xi統tong等deng市shi場chang。我wo們men致zhi力li於yu通tong過guo半ban導dao體ti技ji術shu讓rang電dian子zi產chan品pin更geng經jing濟ji實shi用yong，創chuang造zao一yi個ge更geng美mei好hao的de世shi界jie。如ru今jin

，每mei一yi代dai創chuang新xin都dou建jian立li在zai上shang一yi代dai創chuang新xin的de基ji礎chu之zhi上shang，使shi我wo們men的de技ji術shu變bian得de更geng小xiao巧qiao、更快速、更可靠、更實惠，從而實現半導體在電子產品領域的廣泛應用，這就是工程的進步。這正是我們數十年來乃至現在一直在做的事。 欲了解更多信息

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