磁性元件在光伏中的功率轉(zhuǎn)換及應(yīng)用

經(jīng)過長期的技術(shù)發(fā)展——特別是在生態(tài)危機(jī)、化石能源困境等多個(gè)重大關(guān)鍵課題的刺激下，太陽能在以轉(zhuǎn)換效率和成本為核心的技術(shù)和商業(yè)兩方面的關(guān)鍵難點(diǎn)上取得了巨大突破。太陽能是可再生能源和可持續(xù)電力設(shè)施改造的關(guān)鍵形式、實(shí)現(xiàn)碳中和傳播的重要途徑，這不僅是全球共識(shí)，也是美國、歐盟等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家目前所處的實(shí)際情況。同時(shí)，中國也在出臺(tái)相應(yīng)的政策指導(dǎo)方針，大幅增加光伏發(fā)電裝置的數(shù)量。為光伏發(fā)電系統(tǒng)選擇合適的磁性元件對(duì)于太陽能的進(jìn)一步普及具有重要的意義。

Part1 光伏發(fā)電應(yīng)用與功率轉(zhuǎn)換

以設(shè)施等級(jí)為劃分依據(jù)，太陽能應(yīng)用通常分為三類：住宅，x100W~xKW；商用，xKW ~ xMW；公共事業(yè)，xMW ~ xGW。由于太陽能應(yīng)用廣泛，且具有可擴(kuò)展性，太陽能發(fā)電的相應(yīng)功率轉(zhuǎn)換有幾種不同的方案可供選擇：

在轉(zhuǎn)換效率方面，有用于適應(yīng)太陽輻射并根據(jù)電池溫度調(diào)節(jié)輸出的連續(xù)控制單元；考慮到相對(duì)發(fā)電成本和用電容量，有用于離網(wǎng)型發(fā)電的分布式微電網(wǎng)和用于柵極接電的集中式電站，尤其是當(dāng)光伏板數(shù)量增加時(shí)，系統(tǒng)的孤島風(fēng)險(xiǎn)和并網(wǎng)設(shè)備的低電壓穿越（LVRT）會(huì)使得光伏發(fā)電的配置方案更復(fù)雜多變。

濾波電感、升壓電感、電源變壓器、電抗器等磁性元件除了應(yīng)用于相應(yīng)的功率轉(zhuǎn)換之外，在其他方面也廣泛應(yīng)用；尤其是在典型的分布式光伏解決方案中，磁性元件成本更高（按百分比計(jì)），因此為光伏發(fā)電系統(tǒng)選擇合適的磁性元件對(duì)于太陽能的進(jìn)一步普及具有重要的意義。

Part2 系統(tǒng)中光伏發(fā)電及功率轉(zhuǎn)換的原理

1、半導(dǎo)體基礎(chǔ)

由于光電轉(zhuǎn)換效率的關(guān)鍵要求，單晶硅異質(zhì)結(jié)（HIT）太陽能電池（N襯底）是目前的重點(diǎn)發(fā)展類型（效率在25%左右）。目前占據(jù)安裝規(guī)模的主要份額的類型仍然是鋁背場(chǎng)（BSF）和PerC型如P 型基板電池（效率在 19% 和 21.5% 之間）。但隨著設(shè)備和主要材料（硅材料和低溫銀漿）的不斷研發(fā)和生產(chǎn)能力的提高，HIT成本將逐步降低，未來新裝的太陽能電池將以HIT型為主。

在本征半導(dǎo)體中，P型或N型半導(dǎo)體通過摻雜獲得足夠的載流子濃度。由于其窄帶隙，外界干擾（如照明電磁輻射）可以激發(fā)內(nèi)部原子產(chǎn)生更多的電子-空穴對(duì)。當(dāng)不同類型的半導(dǎo)體形成PN結(jié)時(shí)，n型端在內(nèi)部擴(kuò)散電場(chǎng)的作用下會(huì)積聚更多的電子；而p型端則相反，最終在兩端形成驅(qū)動(dòng)電壓并成為電源，即電池。這種內(nèi)部光電效應(yīng)稱為光伏效應(yīng)。

相反的現(xiàn)象是LED通過電子空穴復(fù)合產(chǎn)生電光。兩者的PN結(jié)工作狀態(tài)為正偏，但光伏電池為電源（光輻射驅(qū)動(dòng)電流，低功率密度），LED為負(fù)載（產(chǎn)生光的電力，高功率密度），因此，光伏電池可以提供大電流，LED 則受限于其散熱結(jié)構(gòu)和尺寸而無法通過大電流（燒壞）。相關(guān)二極管結(jié)構(gòu)、電路符號(hào)及等效電路如下圖1所示：

圖1 光伏電池（HIT）和LED的結(jié)構(gòu)、符號(hào)和等效電路

常見的典型的光伏電池（PV）輸出電流表示為：

其中：

isc—光照射產(chǎn)生的激發(fā)電流；

iDo—PN結(jié)的飽和電流；

q–電子電荷為1.6×10?19C中；

K–玻爾茲曼常數(shù)為1.38×10?23J/K；

A–1～2之間的理想常數(shù)；

T–PN結(jié)溫度

q/AKT是輻照的弱相互作用，隨輻照強(qiáng)度而變化；通常較小，較大（>100KΩ），因此光伏電池的輸出電壓和電流主要受輻照強(qiáng)度和溫度的影響，當(dāng)輻照強(qiáng)度和溫度穩(wěn)定時(shí)，輸出電流逐漸減小，PV的輸出電壓增加?？梢钥闯觯S著輸出電壓的升高，光伏電池的輸出功率會(huì)先增大后減??；為實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的光伏發(fā)電設(shè)計(jì)，需要通過最大功率點(diǎn)跟蹤（MPPT）技術(shù)來控制輸出功率并最大化功率輸出。

此外，光伏電池以及在光伏發(fā)電的功率轉(zhuǎn)換中，根據(jù)具體情況使用不同的開關(guān)場(chǎng)效應(yīng)管和二極管半導(dǎo)體，如：MOS、氮化鎵（GaN）、碳化硅（SiC），IGBT。造成這種差異的主要原因是在不同的應(yīng)用條件下（工作電壓、開關(guān)頻率等），不同類型的半導(dǎo)體在成本和性能方面具有不同的優(yōu)勢(shì)。從實(shí)際光伏應(yīng)用中可以看出，不同類型開關(guān)設(shè)備件的控制復(fù)雜性和成本反過來也會(huì)影響特定光伏功率轉(zhuǎn)換方案（升壓和逆變等）的選擇；同時(shí)由于功率半導(dǎo)體的各種影響因素在不斷發(fā)展和變化，光伏產(chǎn)品的技術(shù)迭代和商業(yè)推廣也在不斷發(fā)展。

2、太陽能系統(tǒng)的主要考慮因素

太陽能并網(wǎng)發(fā)電需要滿足特定的技術(shù)要求，如IEEE1547（美國）、ENEL 2010 Ed.2.1（意大利）、EN50438或中國GB/T 19939-2005、GB/Z 19964-2005。為了配置合適的并網(wǎng)逆變器，光伏系統(tǒng)需要具有多級(jí)功率轉(zhuǎn)換、效率控制和完整的監(jiān)控相關(guān)通信系統(tǒng)，并具備孤島檢測(cè)和發(fā)電量預(yù)測(cè)等必要功能（一般適用于中大型規(guī)模化光伏發(fā)電部署）。在就地消耗所發(fā)電能這一方面上，分布式離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)具有較低的系統(tǒng)配置難度和較高的靈活性，通常以微型逆變器為主要功率級(jí)，或配備儲(chǔ)能系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)有效的電力調(diào)度。

典型的離網(wǎng)和并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)如下圖2所示：

（a）離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)

（b）并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)

圖2 兩種典型的光伏系統(tǒng)（圖來源于網(wǎng)絡(luò)）

在并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)中需要考慮的主要因素當(dāng)中，安全比效率更為重要，主要包括孤島檢測(cè)、絕緣檢測(cè)、漏電流檢測(cè)和低電壓穿越等。

由于低密度分布式光伏的負(fù)載經(jīng)常超過發(fā)電容量，孤島風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生概率非常低，因此在這種情況下通常不需要配置孤島檢測(cè)。在集中式光伏電站中，需要主動(dòng)孤島檢測(cè)來保護(hù)它，通過控制電壓和頻率可以將光伏發(fā)電帶來的風(fēng)險(xiǎn)降到最低。

有源解決方案和無源解決方案有很多種，它們的基本原理是：當(dāng)電網(wǎng)斷電時(shí)，光伏逆變器輸出電源的有功功率和無功功率負(fù)載發(fā)生明顯變化，光伏逆變器的變化輸出電壓將直接反映在負(fù)載兩端的電壓變化上。同樣，當(dāng)逆變器輸出發(fā)生變化時(shí)，負(fù)載的無功功率（出現(xiàn)在等效電感和電容上）也會(huì)隨頻率而變化（圖3)。

如圖所示，電網(wǎng)停電前后負(fù)載的電壓和頻率分別為1、2和1、2，有功功率和無功功率變化分別為ΔP和ΔQ，對(duì)應(yīng)關(guān)系如下：

UL22?UL12=R??P

(ω1?ω2)?(1+ω1ω2?L?C)=ω1ω2?L??Q/UL12

圖3 并網(wǎng)光伏發(fā)電孤島檢測(cè)原理（簡化）

從簡化關(guān)系可以看出，只要負(fù)載上的ΔP和ΔQ變化明顯，光伏逆變器的電壓變化和頻率變化就能在負(fù)載端產(chǎn)生明顯的相關(guān)反應(yīng)，從而可以檢測(cè)到電網(wǎng)系統(tǒng)中的光伏發(fā)電是否處于孤島狀態(tài)。當(dāng)變化不明顯時(shí)，需要補(bǔ)充載波通信等其他監(jiān)控方案，主動(dòng)滿足安全需求。

此外，光伏發(fā)電系統(tǒng)的裝機(jī)容量（光伏組件總標(biāo)稱功率）與逆變器的額定容量（總有功功率）也有性能規(guī)范（中國NB/T 10394-2020）。提高容量匹配可以保持穩(wěn)定的輸出功率，也可以提高相應(yīng)的系統(tǒng)綜合效率。

圖4 光伏容量比與相應(yīng)實(shí)際功率輸出之間的關(guān)系示例

3、光伏發(fā)電的主要功率轉(zhuǎn)換類型

光伏發(fā)電作為電流源，其功率輸出與工作電壓之間存在波動(dòng)關(guān)系，即在實(shí)際功率轉(zhuǎn)換中，首先需要實(shí)現(xiàn)最大功率輸出的控制。根據(jù) MPPT 或 Power Optimizer的算法，波動(dòng)的光伏發(fā)電通常先轉(zhuǎn)換為直流電，即直流母線（或 DC-link）。這個(gè)過程一般是boost轉(zhuǎn)換。其次，根據(jù)不同的功率等級(jí)，升壓轉(zhuǎn)換還可以通過交錯(cuò)升壓或全橋控制實(shí)現(xiàn)更好的效率和更低的成本。同時(shí)，可根據(jù)隔離要求補(bǔ)充軟開關(guān)或其他隔離電源轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)不同電壓的直流要求；或者根據(jù)應(yīng)用的需要可以通過全橋逆變的形式直接供給交流負(fù)載。

在組串式逆變器或中央逆變器中，除了MPPT或功率優(yōu)化后的穩(wěn)定直流高壓外，還有許多復(fù)雜的逆變器拓?fù)湫问?，如單相或三相串?lián)逆變器可分為兩級(jí)或多級(jí)形式。由于組串式逆變器在技術(shù)和成本上都具有配置靈活性，它們逐漸成為近年來的主要發(fā)展趨勢(shì)。

圖5 光伏發(fā)電中的功率轉(zhuǎn)換

（藍(lán)色）微型逆變器、（綠色）串式逆變器、（紅色）集中式逆變器

Part3 磁性元件在光伏中的應(yīng)用

1、MPPT（或功率優(yōu)化器）

光伏電池的發(fā)展經(jīng)歷了多次技術(shù)迭代，以210片（210mmx210mm）為代表的最新6.0時(shí)代，在25℃、1000/2輻照強(qiáng)度時(shí)，單片功率輸出可達(dá)10~12W。通常，光伏的規(guī)格書會(huì)提供開路電壓（）、短路電流（）、最大功率點(diǎn)電壓（V）以及最大功率點(diǎn)電流（）。當(dāng)輻照強(qiáng)度降低時(shí)，顯著降低，略有降低。隨著溫度升高，降低。相應(yīng)地，V和同時(shí)發(fā)生變化。光伏的功率極限由和相乘得到，最大輸出功率與功率極限的比值稱為光伏組件的填充系數(shù)，該值主要由內(nèi)部等效電阻和PN結(jié)材料決定，可用于衡量電池性能：

(a）TW Solar-TW210Y212A（半型光伏電池）I-V曲線

（b）TW Solar-TW210Y212A（半型光伏電池）規(guī)范

圖1 210光伏電池-（a）I-V曲線（b）規(guī)格

（TW Solar-TW210Y212A（半型光伏電池））

實(shí)現(xiàn)MPPT的算法有很多，其中最簡單的方法是電壓反饋法，即預(yù)先測(cè)試特定光強(qiáng)下的最大功率點(diǎn)電壓，通過調(diào)整光伏端電壓來達(dá)到最大功率點(diǎn)，但當(dāng)環(huán)境變化，效率損失比較大；最常用的方法是擾動(dòng)觀察法，即通過改變負(fù)載來觀察光伏輸出的變化，并進(jìn)一步調(diào)整輸出功率到最大點(diǎn)，但這也會(huì)造成不斷的功率損耗。其他方法如功率反饋和增量電導(dǎo)也是類似的思路。

雖然 MPPT 可以通過多種方式實(shí)現(xiàn)，在某些應(yīng)用中也被稱為功率優(yōu)化器，但從電路形式上看，基本都是通過 Boost 電路來調(diào)節(jié)，因?yàn)樗冀K工作在持續(xù)輸入電流的狀態(tài)，而無需在 PV 兩端加大體積的儲(chǔ)能電容（穩(wěn)定的 DC/DC 輸入電壓）。另外，對(duì)于后級(jí)的DC/AC逆變器，可以提供高穩(wěn)定電壓，實(shí)現(xiàn)高逆變效率。此外，開關(guān)場(chǎng)效應(yīng)管的一端便于接地驅(qū)動(dòng)。PV輸出電壓可以通過調(diào)整升壓轉(zhuǎn)換的占空比DC%來控制（圖2）：

= ? (1?)

當(dāng) PV 電壓達(dá)到（最大值）時(shí)，占空比 (DC%) 達(dá)到最低值。而當(dāng)DC%逐漸增加時(shí)，光伏電壓向低端移動(dòng)并最終達(dá)到最大功率點(diǎn)Vp。 通常分布式光伏板陣列的輸出電壓在60-300V之間?？紤]到后級(jí)DC/AC逆變器效率，微并網(wǎng)逆變器（輸出220Vac）一般要求達(dá)到400～600V；分布式組串式逆變器（輸出可能為380Vac）達(dá)到600-800V（通常為700V）；集中式逆變器達(dá)到700-1500V。對(duì)于大功率（如>100KW）系列的2電平、3電平和多電平單相或三相逆變器或集中式逆變器，輸入電流通過匯流箱直接逆變到電網(wǎng)，所以一般沒有MPPT。但優(yōu)化后的光伏發(fā)電會(huì)根據(jù)需要在電流匯流箱中設(shè)置MPPT功能進(jìn)行平衡控制。

圖2 MPPT控制的等效升壓級(jí)

MPPT控制所需的升壓電感值_應(yīng)滿足轉(zhuǎn)換器電路處于CCM工作（連續(xù)電感電流模式）的要求，使PV工作在最佳狀態(tài)，同時(shí)降低輸入旁路電容。此外，電感值應(yīng)足夠大，以減少開關(guān)的影響MPPT控制中的FET-Q。它的值應(yīng)滿足：

例1：忽略轉(zhuǎn)換效率，如果DC-link提供700Vx1A的逆變電源，光伏裝置可以支持的最大功率為700W=170Vx4.12A，開關(guān)頻率為20KHz，如果光伏的開路電壓電池為 Uoc=195V，則：

=1?/ =1?195/700=72.1%

所需的相應(yīng)最小電感值為：

最大電感電流為：

電感電流的 RMS 值為：

因此，升壓電感所需的參數(shù)可以定義為1mH，飽和電流9A，溫升電流7A（40K溫升），并留有適當(dāng)?shù)挠嗔?。?duì)于升壓電感，兩端的最大電壓為V?pv和二者當(dāng)中的較高值，當(dāng)最大電壓值為530V時(shí)則可以設(shè)為600V。對(duì)于 PV 終端電路，IEC 62109-1 中定義了 II 類瞬態(tài)過電壓范圍，適用于 2500Vdc 瞬態(tài)過電壓，因此需要滿足 1.6mm 的間隙（例如引腳到引腳的距離）。

圖3 升壓電感和電壓增益的電感要求與占空比（DC%）

電感值與DC% 的關(guān)系在上述升壓電感的最小電感值要求中預(yù)先設(shè)定，即由()=?(1?)2決定：當(dāng)=1/3時(shí)，電感值需求達(dá)到最大值，電感值需求從這個(gè)點(diǎn)開始下降。因此，對(duì)于光伏終端MPPT，DC Link的電壓往往是光伏組串電壓的兩倍甚至多倍。據(jù)此，輸出阻抗=/越低，開關(guān)頻率越高，則對(duì)電感值的需求越少。圖8顯示了DC%對(duì)電感值要求及其對(duì)電壓增益Vo/UI的影響。

因?yàn)槭袌?chǎng)上主要可用的開關(guān)FET和二極管分為三類：MOS、SiC和GaN；主要適用電壓范圍如圖4所示。對(duì)于微型逆變器，基于應(yīng)用需求可選的升壓拓?fù)渲饕ㄈ珮蚝蛦瓮ǖ郎龎夯蚨嗤ǖ郎龎海òń诲e(cuò)），通常施加的電壓最高可達(dá)650V；此外對(duì)于中小型電力應(yīng)用，還可以采用隔離的全橋反激或LLC軟開關(guān)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)更高效的MPPT，滿足安全要求。對(duì)于串級(jí)逆變器中功率MPPT的要求，當(dāng)施加電壓高達(dá)1200V時(shí)，通常采用升壓或多通道升壓。對(duì)于集中式大功率逆變器，前端MPPT通常是雙升壓；或者因?yàn)榕c高壓PV兩端直接相連，該部分通常被省略。

圖4 不同類型開關(guān)FET適用范圍比較

60V以下的光伏板可以使用MOSFET或者更高頻率的開關(guān)場(chǎng)效應(yīng)管，因此電感值的要求會(huì)降低；并且因?yàn)镈C總線電壓與輸入PV電壓（例如400V）相關(guān)更高，它反過來迫使DC%上升，結(jié)果是更大的輸入電流紋波。因此，這種低功率MPPT或功率優(yōu)化器適用于由扁線或粗直徑圓線制成的大電流電感器。

例2：忽略轉(zhuǎn)換效率時(shí)，如果DC-link將提供400Vx2A的逆變電源，則為光伏安裝可以支持的最大功率為800W=60Vx13.33A，開關(guān)頻率100KHz，如果光伏開路電壓電池為 Uoc=70V，則：

=1?/ =1?70/400=82.5%

所需的相應(yīng)最小電感值為：

最大電感電流為：

電感電流的 RMS 值為：

當(dāng)考慮有限封裝尺寸的電感器設(shè)計(jì)和選擇時(shí)，紋波電流比為：

雖然電源轉(zhuǎn)換在CCM模式下工作，但為減少由大紋波電流引起的磁芯磁滯損耗，必須通過增加電感值來降低紋波比，或者通過保持電感值不變而將工作時(shí)的磁通密度峰值降低：因此，在由MPPT確定DC%（最佳工作點(diǎn)）的情況下，需要重新確定最佳電感值和電流紋波比，或者增加匝數(shù)N且降低芯材料的磁導(dǎo)率，從而實(shí)現(xiàn)最佳轉(zhuǎn)換效率η%。

以例2為例，假設(shè)所選磁芯提供的有效橫截面積為Ae，有效磁路長度為le。如果最小電感下允許的最大電感電流為它的飽和電流，則其最大工作磁通密度為：

最小工作磁通密度為：

根據(jù)鐵芯損耗 (/3 ) 曲線，鐵芯損耗近似為：

其中，“在最小電感值下允許的最大電感電流是它的飽和電流”并非總是如此；但在實(shí)際工作電路中，它通常不在電感器規(guī)范中的飽和電流點(diǎn)，當(dāng)確保足夠的電感值和相應(yīng)的紋波電流控制在有限范圍內(nèi)時(shí)，該點(diǎn)的選擇相對(duì)簡單和安全；事實(shí)上，只要在DC偏壓曲線下放置在芯材中的保證最大電流遠(yuǎn)離其飽和點(diǎn)（在相應(yīng)的磁導(dǎo)率衰減曲線上是相對(duì)穩(wěn)定的區(qū)間，例如相應(yīng)的飽和電流被設(shè)置為相對(duì)于從初始點(diǎn)下降30%的值），只要滿足或不滿足以下關(guān)系即可：

(Oersted)≤-30%

因此，它更像是額外的設(shè)計(jì)裕度，以最大可能的功率損失進(jìn)行評(píng)估。除鐵芯損耗外，銅損耗將近似，初步評(píng)估僅考慮趨膚效應(yīng)：

Pcu=IL rms2 ? ESR

圖5 CODACA-FeSi粉末芯材：直流偏壓曲線和芯材損耗曲線

以例2的科達(dá)嘉電感CPER3231-101MC為例，規(guī)范書列出了由制造商定義的關(guān)鍵參數(shù)，如下圖所示，

圖6 CODACA CPER3231-101MC產(chǎn)品規(guī)格書

相應(yīng)的紋波電流為：

最大電感電流為：

正如假設(shè)的那樣，當(dāng)電感下降 30% 時(shí)，紋波電流將上升 43% 并且為 4.951.43=7.07 ，相應(yīng)的最大電流將為 13.33+7.07/2=16.87 。它小于規(guī)格書所顯示的 23A，上述估計(jì)可取為最大損失條件。

功率損耗計(jì)算如下：

此時(shí)電感電流的 RMS 值為：

因此，總損耗為17.88W，效率損耗約為2.24%。鐵芯損耗是主要類型，因此可以通過增加繞組匝數(shù)N和降低鐵芯材料的磁導(dǎo)率μr來實(shí)現(xiàn)效率優(yōu)化，以減少運(yùn)行中磁通密度的波動(dòng)。然而，由于從60V到400V的升壓比是一個(gè)高比例，為此，從節(jié)能的角度來看，輸入電流必須具有較大的可波動(dòng)范圍。因此，光伏終端的MPPT通常會(huì)損失很多效率。

為了在有限的封裝尺寸內(nèi)實(shí)現(xiàn)較低的損耗，需要盡可能地增加電感值，以換取較低的紋波電流幅度。同時(shí)，由于直流偏壓的特性和對(duì)更好材料的需求，有必要將這兩個(gè)要求結(jié)合起來，以設(shè)計(jì)或獲得最佳電感器選擇。

在本例中，飽和電流和溫升電流仍然很大，并留出空間來調(diào)整匝數(shù)和磁導(dǎo)率以滿足最佳損耗的要求：在現(xiàn)有產(chǎn)品的基礎(chǔ)上進(jìn)行調(diào)整：將線圈匝數(shù)增加到N=38.5，并降低磁導(dǎo)率以保持相同的L值：（實(shí)際可用材料為標(biāo)準(zhǔn)40μr）

相應(yīng)的直流電阻被調(diào)整到大約（基于相同體積的銅）：

調(diào)整后的功率損失如下：

驗(yàn)證磁芯是否飽和：

磁芯飽和可由磁芯的直流偏壓曲線確定，由于磁芯尚未達(dá)到飽和點(diǎn)，因此計(jì)算是有效的。調(diào)整后的功率損耗為：

此時(shí)總損耗為10.8W，效率損耗為1.35%。然而，基于：

1、在相應(yīng)條件下，磁芯仍遠(yuǎn)離飽和點(diǎn)；

2、銅線損耗的相對(duì)比率不高，電感器可以通過增加匝數(shù)和降低磁導(dǎo)率來繼續(xù)優(yōu)化損耗或者利用封裝尺寸和更高的電感值來實(shí)現(xiàn)。

微型逆變器光伏應(yīng)用通常插入本地儲(chǔ)能電池，以實(shí)現(xiàn)功率的最佳波形均衡，因此直流母線的電壓可以根據(jù)所連接的電池系列進(jìn)行調(diào)整，例如12V、24V、48V或更高的電池組電壓。找正品元器件，上唯樣商城。在這種應(yīng)用中，功率優(yōu)化器（或MPPT）在較低的電壓下工作，并且可以在較高的開關(guān)頻率下轉(zhuǎn)換，因此需要較低的電感，例如4.7UH、6.8UH、10uH、22uH等。此類應(yīng)用通常在較低功率水平下使用扁平銅線大電流電感器或一體成型電感器。

圖7 CODACA科達(dá)嘉電感系列

2、光伏發(fā)電中的其他應(yīng)用

如上所述，為了隔離光伏逆變器應(yīng)用（微功率逆變器）、反激式或全橋ZVS軟開關(guān)拓?fù)?，相?yīng)地需要設(shè)計(jì)功率變壓器和LLC諧振電感；為了降低功率損耗，磁芯選擇的材料通常會(huì)采用MnZn鐵氧體（氣隙），在某些情況下也可以使用低損耗磁芯材料（如FeSiAl、低損耗FeSi磁芯、非晶等）。

在分布式光伏應(yīng)用中，電壓已達(dá)到數(shù)百伏或xKV，為了驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的開關(guān)場(chǎng)效應(yīng)管，必須在驅(qū)動(dòng)級(jí)采用隔離：采用介質(zhì)隔離的隔離器優(yōu)先，也可以通過采用隔離變壓器驅(qū)動(dòng)器，既能滿足隔離要求，又能滿足系統(tǒng)安全要求。隔離變壓器的類型需要根據(jù) FET 的功率和柵漏電壓電平要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。對(duì)應(yīng)應(yīng)用的柵極驅(qū)動(dòng)變壓器基本上是獨(dú)立的，需要單獨(dú)設(shè)計(jì)。

在逆變器階段，為了降低開關(guān)噪聲，隔離光伏發(fā)電端與電網(wǎng)之間的噪聲通路，通常會(huì)配置電感量大、體積大的濾波電感，也稱為ACL，對(duì)應(yīng)光伏終端輸入的DCL電感。為了實(shí)現(xiàn)非常大的電感值（低濾波頻率），通常使用硅鋼或非晶或多氣隙鐵氧體，因?yàn)闄M截面積也很大，因此整體體積很大。

圖8 交錯(cuò)升壓MPPT加半橋LLC諧振轉(zhuǎn)換

圖9 用于交流輸出的全橋反激MPPT加全橋逆變器

Part4 科達(dá)嘉產(chǎn)品介紹

科達(dá)嘉電子成立于2001年，深耕電感及磁性元件市場(chǎng)，擁有以大電流電感、一體成型電感為代表的多個(gè)系列產(chǎn)品線。在以光伏為代表的新能源市場(chǎng)，科達(dá)嘉擁有從磁芯材料到產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、測(cè)試全過程的自主研發(fā)技術(shù)，快速交貨和靈活的定制服務(wù)極高地滿足了光伏市場(chǎng)客戶的實(shí)際需求。通過不斷滿足客戶的新技術(shù)或項(xiàng)目需求，科達(dá)嘉在眾多應(yīng)用領(lǐng)域獲得了行業(yè)客戶的認(rèn)可。

圖10 科達(dá)嘉產(chǎn)品線一覽

審核編輯：湯梓紅