近年來，光伏行業(yè)發(fā)展迅速，在全民光伏扶貧的政策的驅動下，作為光伏系統(tǒng)中的核心部件光伏逆變器將是競爭的重點。(2)電整流后電壓較低，對應開關管選型和變壓器設計的需求成本會極大降低 (電網(wǎng)最高 AC300V，PV最高600V)。

　　近年來，光伏行業(yè)發(fā)展迅速，在全民光伏扶貧的政策的驅動下，作為光伏系統(tǒng)中的核心部件光伏逆變器將是競爭的重點。隨著市場競爭的白日化，歸根結底是產(chǎn)品性能和服務的競爭，而性價比是最為重要的內(nèi)容，是各大逆變器設計者思考的重點，光伏逆變器國內(nèi)較早在09年已經(jīng)研發(fā)成功并且達到批量生產(chǎn)，迄今為止，硬件和軟件平臺較為成熟，進一步的發(fā)展無非是在技術層面對機器的如何做的更小，提高功率密度，減小體積，提高綜合性價比等方面進行突破。為了我國光伏行業(yè)的發(fā)展的大趨勢，本文從以下幾大角度出發(fā)淺談小型化逆變器的設計思。

　　目前機殼可采用壓鑄的工藝，將散熱器和箱體做成一體，減少了組裝的成本，體現(xiàn)一體化的機構設計。PCB的結構上可采用疊板的設計思，選用小型的繼電器和扁平型電感可進行疊板設計。為減小內(nèi)部PCB的占板面積，電感可設計放在散熱器內(nèi)部，挖個圓形洞把電感放進去，電感放置PCBA的組件，電感的端子與PCBA下層進行電氣連接如圖一模型

　　拓撲設計可參考HERIC(高效率和可靠逆變器概念)如圖二，這樣的拓撲結構在交流側增加了一個采用兩個背靠背IGBT器件(絕緣柵雙極型晶體管)的旁橋臂。交流旁提供了兩個重要功能。

　　2)效率可高達97%，這是因為零電壓狀態(tài)時在L1(2)和CPV間沒有無功功率交換，并且一個橋臂的開關頻率低。

　　應用該拓撲設計，改善了采用雙極性調(diào)制的全橋逆變器的性能，它通過交流旁為電增加零電壓狀態(tài)提高了效率。由于這種拓撲結構的效率高和漏電流及EMI小，因此它非常適合用于無變壓器型光伏逆變器。Sunways將這一經(jīng)典的H橋型的新型拓撲申請的專利，適合2.7~5KW功率段產(chǎn)品。

　　為了促進我國光伏行業(yè)的發(fā)展，針對上述HERIC拓撲，可以在專利方面做些規(guī)避。比如可以在圖二的S1管或S3管與BUS+串入一個處于常通狀態(tài)的IGBT，綜合看比H6的成本更低，從研發(fā)經(jīng)驗看layout走線較為順利，可實現(xiàn)雙層板，相比四層板價格價格可降30%。

　　業(yè)簡稱SPS,起初從主變壓器輸出的HF-POWER信號去驅動4個并聯(lián)的變壓器(3個INV驅動變壓器和1個COMM-POWER變壓器)為了從空間和成本考慮，將4個變壓器合成為一個變壓器。因拓撲的差異性，用EI30~EI33變壓器便可滿足需求。

　　設計此處裕量較大，隨著成本壓力的增加，雙管單端反激優(yōu)化為單管單端反激，既滿足了性能要求，又降低了成本。

　　(2)電整流后電壓較低，對應開關管選型和變壓器設計的需求成本會極大降低(電網(wǎng)最高AC300V，PV最高600V)。

　　(3)SPS電網(wǎng)取電，可以除去掉PV的假負載電，原理是在+15V沒有建立前，假負載一直處于工作狀態(tài)，當+15V建立后，假負載電停止工作。這樣可以簡化SPS電源設計，降低成本，減少額外電占用PCB空間。業(yè)界常用的假負載電如圖三：

　　傳統(tǒng)雙輸入的逆變器起初用兩個繼電器，但目前軟件算法的深入，用單個繼電器便完全可以實現(xiàn)兩個繼電器的性能。

　　最早要求冗余的是VDE-0126-1-1，要求在檢測電網(wǎng)電壓、電網(wǎng)過零點、漏電流、逆變電流等方面要求做冗余檢測，所以要多一顆輔CPU，成本就會增加，隨著國內(nèi)市場的放開，考慮到國內(nèi)監(jiān)管不嚴格和低成本的需求，有些廠家已經(jīng)把輔CPU去掉或者不焊接。

　　現(xiàn)在大部分逆變器廠家依然沿用傳統(tǒng)方案分立器件所搭的電，由于分立器件的離散性和耦合性較差，特別在電網(wǎng)較差的場合如：電網(wǎng)的單線傳輸特殊性，導致國內(nèi)逆變器廠商大面積誤報漏電錯誤信息，帶來很大的經(jīng)濟損失。另外雷擊很容易使GFCI電失效，雖然經(jīng)過幾代國內(nèi)外工程師的優(yōu)化，在漏電互感線圈的每個端口防止大量的鉗位二極管，還未徹底解決這類問題的發(fā)生，所以Magtron針對現(xiàn)場的發(fā)生的客訴以及逆變器小型化，集成化的設計，開發(fā)出高度集成的漏電流傳感器并且得到大批量的應用，目前已有許多典型逆變器廠家選用模塊式的漏電流檢測方案。數(shù)據(jù)表明，相對分立器件的管控成本較低，類似客訴事件大大降低，售后成本也大幅下降。

　　Magtron獨創(chuàng)的Type B型RCMU(關于TypeB型的RCMU分析可百度搜尋稿主上一篇文章“RCMU在光伏逆變器中的研究說明”)在光伏逆變器中得到廣泛的認可。為了逆變器的研發(fā)與制造商考慮，Magtron基于“Magtron iFluxgate”系列技術方案，在原器件的方案上對RCMU進行強勢升級，開發(fā)了一款專為匹配小功率逆變器要求和成本的一款全球超小型漏電流傳感器RCMU101SM1-AI如圖四，為高絕緣強度、高功率密度、高性價比的超薄逆變器的方案奠定了設計基礎。該器件采用SoC集成方案，包含全球獨特的Self-Check功能。具有全溫區(qū)線性度高、精度良好、單電源供電、電應用簡單，并且兼容RCMU各個型號等特點，其模塊化的設計、PCB插件式的安裝讓客戶在實際使用更加方便和快捷。體積上相比中大功率的RCMU有明顯的減小，體積減少3/4以上。使得逆變器AC端的布局可以更加靈活。

　　被測中高導磁率磁芯在交變的飽和激勵下(如圖四驅動波形)，其磁強度與強度的非線性關系來測量弱的。這種物理現(xiàn)象對被測來說好像是一道“門”，通過這道“門”，相應的磁通量即被調(diào)制，并產(chǎn)生電動勢。利用這種現(xiàn)象來測量電流所產(chǎn)生的，從而間接的達到測量電流的目的。

　　整個過程可以概括為：當磁通門式電流傳感器工作時，激勵線圈中加載一固定頻率、固定波形的交變電流進行激勵，使磁芯往復磁化達到飽和。在不存在外在電流所產(chǎn)生的被測時，則檢測線圈輸出的電動勢只含有激勵波形的奇次諧波，波形正負上下對稱。當存在直流外在和激勵交變，直流被測在前半周期內(nèi)促使激勵場使磁芯提前達到飽和，而在另外半個周期內(nèi)使磁芯延遲飽和。因此，造成激勵周期內(nèi)正負半周不對稱，從而使輸出電壓曲線中出現(xiàn)振幅差。該振幅差與被測電流所產(chǎn)生的成正比，因此可以利用振幅差來檢測磁環(huán)中所通過的電流。

　　業(yè)界在用的雙電源方案，在設計輔助電源時，多設計了一個繞組，這樣會增加電源設計的復雜度，雙電源本身的損耗會大于單電源的，同時雙電源的器件本身價格要大于單電源，因此開發(fā)一款小型化、低成本單電源的電流傳感器應運而生。針對逆變器的PV側電流檢測的需求，Magtron開發(fā)的單芯片、超小體積電流傳感器MS20 Series如圖五。MS以獨有的小型化，高帶寬的優(yōu)勢在超薄逆變器中有著得天獨厚的優(yōu)勢，隨著軟件算法的進步和發(fā)展，相比日前主流的高精度閉環(huán)電流傳感器有著巨大的設計價值和應用前景。

　　如圖六單芯片ASIC解決方案，PGA可編程增益單元，可根據(jù)客戶不同量程需求匹配不同的增益比以及根據(jù)電流大小變化自動調(diào)節(jié)增益輸出，實現(xiàn)全量程高精度;TC溫度校正模塊可實現(xiàn)全溫區(qū)高低溫校正補償;可編程基準模塊讓電壓基準任意可調(diào)節(jié)成為現(xiàn)實;芯片上的Stable Output輸出驅動模塊具有吸收100mA，推動50mA電流的能力;OTP可編程E-Fuse陣列存儲器,大大提升了存儲的可靠性和持久性;專用DSP數(shù)字信號處理器實現(xiàn)雙向高速串行通訊;

　　行業(yè)起初，非晶電感的應用比較廣泛，后來由于鐵硅鋁的性價比較高，控制特性較好，噪音等方面優(yōu)勢，非晶電感在本行業(yè)應用越來越少，鐵硅鋁已經(jīng)逆變器行業(yè)的舞臺。在整機成本中磁性元件的價格占的比重較大，以5KW單相逆變器為例，逆變開關頻率20KHZ，經(jīng)MATHCAD計算單個逆變電感需要3個MS226060的鐵硅鋁磁環(huán)，30KHZ時候需要2個;BOOST開關頻率30KH計算需要2個MS226060磁環(huán)。稿主將開關頻率提高40KHZ~60KHZ這樣可以大量減少磁環(huán)疊加的個數(shù)，降低了成本，提高了效率，電感整個高度尺寸降低，逆變器內(nèi)部較高的電子元件一般是電感，所以降低電感尺寸是小型化設計和降本的法寶之一。

　　眾所周知，逆變器的內(nèi)部系統(tǒng)最大溫度點會影響器件的選型。機體內(nèi)部的結溫將直接影響器件模塊的壽命。對于現(xiàn)在一般用的K10/K52的絕緣紙方案，可將其更新用陶瓷散熱的方式，陶瓷片的導熱系數(shù)高于K10/K52的30倍左右，溫升比K10/K52方案低10以上，這樣可減小熱損耗，降低散熱器成本和提高逆變器的使用壽命。

　　本文對光伏逆變器小型化，低成本化設計提供點思。光伏逆變器發(fā)展到今天，綜觀逆變器行業(yè)，除了擁有專利的支撐，如何把有限的資源做到高效的整合和管控，做到穩(wěn)定性和低成本是最終的目標，目前已有幾家主流的光伏逆變器廠家能夠利用先進技術與高性價比器件的整合，實現(xiàn)機器高效率發(fā)電的基本要求。

　　未來產(chǎn)品競爭越來越激勵，為了應對這種局面Magtron全力致力于低成本，小型化的設計，為光伏逆變器設計者全面提供產(chǎn)品和技術上的全套解決方案與服務。

　　Magtron是All Programamble PGA Sensor、磁電傳感SoC的全球領先企業(yè)，致力于實現(xiàn)新一代更智能的、高功率密度和定制化的磁電傳感系統(tǒng)方案。在整個行業(yè)向工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和傳感智能化的大趨勢推動下，Magtron的創(chuàng)新技術Quadcore，RCMU，iShunt等創(chuàng)新技術使得磁電傳感，特別是電流傳感器應用既高度集成易用，同時實現(xiàn)高功率密，也首次實現(xiàn)傳感器高速軟件化。