光伏逆变器拓扑

光伏漫谈4- 逆变器拓扑结构

光伏逆变器作为光伏发电核心设备，其设计与应用根据不同功率需求与场景，采用的电路拓扑结构存在显著差异。主要拓扑结构包括工频隔离、高频隔离、非隔离以及特殊的组串式逆变器NPC拓扑等。

工频隔离逆变器采用工频50Hz变压器实现功率传输，结构相对简单，由整流桥、滤波和工频变压器组成，但受限于体积较大的变压器，实际应用中较少使用。

高频隔离逆变器在微型逆变器中较为常见，为了保障人体安全，需要在交流与直流侧隔离。此拓扑结构采用高频隔离，可显著减小体积。三种常用拓扑结构包括昱能的250W微型逆变器、禾迈MI-700的交错反激拓扑以及不含直流母线串联谐振的拓扑。前两种拓扑在高压电容使用、控制复杂度和效率上有所差异，后者则无需高压电容，但需要增加低压大电容，控制简单，适合小功率应用。

非隔离逆变器通过直接将光伏输入升压至工频信号，进而实现组串式逆变，相比隔离型，此类逆变器效率更高、成本更低，但存在零点偏移、直流分量等问题。为解决此类问题，可以采用交流或直流旁路方式隔断DC分量。专利H5技术通过5个开关管实现了直流旁路逆变器，通过交替控制实现完整的正弦输出。

组串式逆变器中，NPC三电平逆变器因其效率高、谐波小而广受青睐。I型NPC结构正负半周期由不同的IGBT承担开关损耗，ANPC结构则通过在每个IGBT旁并联IGBT来平衡内（Q2和Q3）外（Q1和前）管之间的损耗。T型三电平拓扑则通过减少开关损耗，提高效率，但需要IGBT耐压达到母线电压的两倍，适用于低压系统或高压功率管应用。

随着功率器件特性和耐压的提升，某些拓扑结构的竞争力增强。同时，学术研究的深入与功率器件的变化将催生更多逆变器拓扑，进一步提升应用效率，降低体积和成本。技术发展将持续推动逆变器拓扑的创新与优化。

为什么光伏逆变器中t型三电平方案多

三电平T型NPC架构的流行原因：

1）拓扑结构包含四个IGBT模块、四个二极管以及两个电容器C1和C2。在假设正负母线电压相等且均为Vdc的情况下，该结构得以实现。

2）通过将T1、T2、T3、T4的状态用1和0来表示，其中1代表导通，0代表关断。这种表示方法使得T型三电平电路的状态得以明确。

3）采用16状态的调制策略，有效避免了开关频率的过高问题，从而降低了开关损耗，提高了整体电路的效率。

4）相较于其他类型的逆变器，T型三电平逆变器在输出电压质量和功率密度方面表现更优，这使得它在光伏领域得到了广泛的应用。

安森美 | 带你了解主流商用组串式太阳能逆变器的拓扑结构

随着全球变暖及碳排放问题的日益严峻，清洁能源的广泛应用显得尤为重要。太阳能作为清洁能源的一种，其逆变器在不同终端应用中扮演着关键角色。其中，组串式逆变器以其灵活、易于维护的特点，正在成为主流太阳能逆变器类型，广泛应用于住宅、商业及公用事业。

组串式逆变器系统主要由光伏电池板串或阵列、DC-DC升压转换器、DC-Link电容器和逆变器(DC-AC转换器)组成。DC-DC级实现两个主要功能，即提升PV串的输出电压至DC-Link工作电压水平，并实施MPPT(最大功率点跟踪)功能，以确保在不同环境和太阳辐照度下，光伏面板能产生最大功率。逆变器则负责将直流电转换为交流电，满足住宅用电或并网需求。

组串式逆变器的直流母线电压通常为1100V，但在大型住宅、商业及分布式公用事业规模应用中，使用1500V或更高电压可以降低铜线和开关设备的成本，同时在更广的温度和辐照条件下捕获更高能量。DC-DC升压级的拓扑结构主要有三种，其中飞跨电容升压和对称升压作为三电平拓扑，可以降低开关电压，提升效率和功率密度，但需注意额外开关器件带来的成本和驱动问题。

逆变器级决定了总效率和输出质量，三电平拓扑结构在大功率三相逆变器系统中尤为关键。除了降低开关损耗和半导体需求外，三电平系统还能提供更好的正弦电压波形，减少电缆压力和高灵敏度电气设备的风险。相较于两电平系统，三电平系统中的MOSFET或IGBT所承受的电压减少，降低了大功率太阳能逆变器的成本，同时减少了EMI，并提高了输出波形质量。

为了优化太阳能逆变器设计，安森美(onsemi)提供了一系列电子元器件，包括1200V, 20mΩ的SiC MOSFET、单通道I-NPC SiC混合集成功率模块、以及2件装半桥全SiC功率集成模块，这些元器件在不同应用中展现出独特优势。此外，安森美还提供即用型SIMetrix电路仿真，帮助客户在订购任何硬件之前，获得准确数据，确保设计过程的高效性和准确性。

一种应用于200kW+组串式光伏逆变器的IGBT模块方案

1500Vdc系统光伏逆变器拓扑结构介绍

1500Vdc逆变器主流采用NPC1，NPC2，ANPC三电平方案及五电平方案。五电平方案控制复杂，功率器件更新困难，三电平方案成为主流。拓扑结构与新晶圆技术相辅相成，更高耐压速度晶圆简化拓扑结构。NPC1与ANPC使用低耐压器件，ANPC增加两IGBT，驱动更复杂但自由度更高。英飞凌F3L400R10W3S7F_B11模块采用ANPC拓扑，助力200kW以上功率逆变器。

ANPC与NPC1模块解决方案比较

ANPC拓扑在相同功率下采用更小晶圆，降低成本。以F3L400R10W3S7F_B11模块为例，使用ANPC拓扑，钳位二极管只需100A SiC二极管，而NPC1至少需300A Si二极管。ANPC拓扑损耗分布更均匀，长、短换流回路优势明显。

钳位二极管采用SiC二极管助力效率提升

SiC二极管在恶劣条件下稳定快速恢复，降低反向恢复损耗。与Si二极管相比，SiC二极管反向恢复电流小，降低开通损耗。200kW 1500Vdc组串式光伏逆变器仿真结果显示，采用SiC二极管的ANPC模块效率显著高于纯Si的NPC1模块。

英飞凌F3L400R10W3S7F_B11模块特点及调制方法推荐

模块采用四块两慢的调制方式，L7晶圆适用于工频切换，S7晶圆适用于高频动作。在低电压穿越情况下，推荐采用图8调制策略，形成两个零电平回路，有效降低SiC二极管热应力，提高系统可靠性。

结论

本文介绍了1500Vdc组串式逆变器拓扑结构，ANPC与NPC1拓扑比较，英飞凌F3L400R10W3S7F_B11模块特点及调制策略。SiC二极管的应用显著提高了模块效率。低电压穿越下推荐使用改进调制策略，降低SiC二极管热应力，提高系统可靠性。

Heric拓扑的优势，为什么单项光伏逆变器通常选用Heric拓扑？

1. Heric拓扑为何在单项光伏逆变器设计中备受青睐？

2. 美国UL标准如何影响光伏逆变器的全球市场？

3. UL 62109-1的实施为逆变器制造商带来了哪些新机遇？

4. 欧洲市场对光伏逆变器有哪些更为严格的标准和要求？

5. 不同国家如何根据自身需求采纳和制定相关标准？

6. Heric拓扑在光伏逆变器中的应用有哪些显著优势？

7. 为何采用Heric拓扑的光伏逆变器能一次认证，多国通用？

8. ATS全测检测如何帮助制造商简化全球认证流程？

9. 为何选择ATS全测检测作为逆变器认证的服务提供商？

10. 如何获取关于Heric拓扑和全球认证的更多信息和帮助？

单相小功率逆变器拓扑

逆变器技术在光伏并网系统中的应用日益广泛，尤其在低压电网指令和无功调节方面面临挑战。常见拓扑结构在抑制漏电流和共模电流方面存在局限性，因此高效抑制漏电流的拓扑架构和共模电流抑制成为关键。本文将详细介绍逆变器拓扑在这些问题上的解决方案和改进。

传统小功率逆变器主要使用H4单相全桥拓扑，但由于存在漏电流问题，需要通过改变调制策略或增加RC吸收电路、输出隔离变压器等方式解决，这些措施会导致效率下降、体积增大和成本增加。德国SMA公司推出的H5结构从根本上解决了漏电流问题，随后出现了一系列解决漏电流的拓扑，如H6、双Buck拓扑等，这些拓扑在提高效率方面表现出色。

抑制共模电流是提升逆变器性能的关键之一。共模电流影响系统安全，降低效率，并引入谐波。逆变器中寄生电容的存在导致共模电压变化，进而产生共模电流。抑制共模电流的方法主要是降低共模电压的频率或维持共模电压不变。在实际应用中，选择合适的拓扑结构对于抑制共模电流至关重要。

H4和H6拓扑在抑制共模电流方面的性能分析表明，H6拓扑相对H4拓扑在共模电流抑制上具有优势。H6逆变拓扑采用单极性SPWM调制，产生高频SPWM输出波形，通过LC滤波器连接市电。控制环路通过采样BUS电压、市电电压和电感电流，实现输出电流与市电电压相位的同步，同时满足各法规对输出电流的要求。在工作原理中，H6逆变桥采用6个开关管驱动波形，实现高频和低频开关管的优化配置，以减少损耗和提高效率。

在H6拓扑中，开关管的选取考虑了开关频率和电流峰值等因素，以确保在稳定工作条件下，高频开关管开关动作时的△Vds范围较小，从而减少开关损耗。此外，通过合理配置二极管、滤波电感和滤波电容，实现逆变器的高效运行和良好的电流输出波形。

为了进一步优化逆变器的性能，设计了差分采样电路和抬升电路，以满足DSP28335的ADC输入电压范围需求。逆变器的输出滤波器采用LC或LCL结构，选择合适的滤波器结构以满足不同应用场合的需求，从而实现对高频谐波的有效衰减。

最后，通过双极性和单极性SPWM控制方式的比较，双极性SPWM虽然在损耗和电感电流纹波方面相对较高，但不存在共模漏电流问题，且不容易产生过零点畸变。因此，在设计逆变器控制策略时，需要综合考虑效率、损耗和系统稳定性等因素。

综上所述，高效抑制漏电流的拓扑架构和共模电流抑制策略是小功率逆变器面临的技术难题。通过采用先进的拓扑结构、优化控制策略和合理配置电路组件，可以显著提升逆变器的性能和可靠性，满足低压电网指令和无功调节的需求。

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