如何用隔離柵極驅(qū)動(dòng)器及GaN晶體管提高太陽(yáng)能逆變器效率

電源轉(zhuǎn)換效率是衡量太陽(yáng)能（solar energy）系統(tǒng)的重要指標(biāo)。雖然這與多方面因素有關(guān)，在太陽(yáng)能電池板直流電轉(zhuǎn)換為家用交流電的過程中，逆變器發(fā)揮的作用最大。為了將效率提高哪怕只有0.1%，逆變器制造商往往需要投入大量的時(shí)間，一些典型方法有優(yōu)化設(shè)計(jì)、減小尺寸、采用氮化鎵（GaN）技術(shù)，選擇高性能MOS管（MOSFET）等。

典型的太陽(yáng)能微逆變器

提高PV系統(tǒng)電源轉(zhuǎn)換效率的方法

為使PV面板性能最大化，DC/DC級(jí)是微逆變器的最前端，其中的數(shù)字控制器執(zhí)行最大功率點(diǎn)跟蹤（MPPT），目前最常見的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是非隔離式DC/DC升壓轉(zhuǎn)換器（DC/DC boost converter）。對(duì)于單個(gè)太陽(yáng)能電池板，通常軌道或直流環(huán)節(jié)為36V；在這個(gè)電壓范圍內(nèi)，用戶可以使用標(biāo)準(zhǔn)硅金屬氧化物半導(dǎo)體mos晶體管（MOSFETs）進(jìn)行DC/DC轉(zhuǎn)換。

PV系統(tǒng)工作于戶外，減小尺寸是優(yōu)先選項(xiàng)（微逆變器和功率優(yōu)化器將適合光伏系統(tǒng)的后端）。由于較高頻率能減小微逆變器和太陽(yáng)能優(yōu)化器應(yīng)用中的大型磁性元件的尺寸，一些太陽(yáng)能逆變器制造商正在采用氮化鎵（GaN）技術(shù)，GaN基MOS管能夠以更高頻率切換。

PV系統(tǒng)中，DC/AC級(jí)或次級(jí)通常使用H橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，微逆變器軌道電壓約為400V。柵極驅(qū)動(dòng)器可以使用多種隔離技術(shù)把控制器與電源開關(guān)隔離，還可同時(shí)驅(qū)動(dòng)高頻開關(guān)。這些要求由信號(hào)隔離的安全標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)，如IEC62109-1安全標(biāo)準(zhǔn)。

采用TI公司UCC21220柵極驅(qū)動(dòng)器的優(yōu)勢(shì)

UCC21220是德州儀器（TI）推出的基本隔離柵極驅(qū)動(dòng)器，可以驅(qū)動(dòng)功率MOSFET、IGBT和GaN晶體管。UCC21220在縮小芯片尺寸的同時(shí)，有效降低了成本。憑借第二代電容隔離技術(shù)，UCC21220能提供28ns的典型傳播延遲和提高效率，同時(shí)也降低了印刷電路板（PCB）空間和系統(tǒng)成本。

UCC21220具有集成優(yōu)勢(shì)，提供了高側(cè)和低側(cè)之間的傳播延遲和延遲匹配性能。這些定時(shí)特性減少了開關(guān)損耗，能夠更快導(dǎo)通，同時(shí)還使體二極管的導(dǎo)通時(shí)間最小化，也提高了效率。由于這些參數(shù)較少依賴于VDD，這為設(shè)計(jì)師提供了較大發(fā)揮空間，可以放寬系統(tǒng)其余部分的電壓容差設(shè)計(jì)余量。

UCC21220驅(qū)動(dòng)器能夠驅(qū)動(dòng)功率MOSFET、IGBT和GaN晶體管

TI的GaN技術(shù)使DC/DC升壓和DC/AC倒相級(jí)的工作頻率超過100kHz?；贕aN功率級(jí)MOS管固有的低開關(guān)損耗，可以達(dá)到99%或更高的效率。更高的效率不僅意味著能源浪費(fèi)更少，也意味著更小的冷卻需求、更少的散熱器，以及更緊湊和更具成本效益的設(shè)計(jì)。

UCC21220還用于微逆變器和太陽(yáng)能優(yōu)化器，這是太陽(yáng)能應(yīng)用的替代方案，其中基本隔離可能就已足夠。設(shè)計(jì)中，選擇和使用正確的高壓柵極驅(qū)動(dòng)器，可實(shí)現(xiàn)更高效率，降低空間受限的微逆變器或太陽(yáng)能優(yōu)化器的系統(tǒng)成本。

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