太阳能逆变器中的栅极驱动器

[音乐播放] 大家好。 我是 Bart Basile。 今天我们的特邀演讲人是来自 TI 高压电源解决方案 团队的 Sridhar。 继续“轻松实现系统”系列。 今天的主题是栅极驱动器和光伏逆变器。 光伏逆变器构建在开关模式电源电子产品的 概念之上。 开关模式电源电子产品基于 通常以给定的频率使 MOSFET 或 IGBT 打开和关闭的 电源开关。 Sridhar，您能向我们的观看者 解释一下这些电源开关为什么需要栅极驱动器吗？ 当然可以。 无论这些光伏逆变器中实现的 开关类型是怎样的， 它们都需要用作系统 大脑的模拟或数字控制器。 由于电源开关本质上是栅极 控制的并且竞争性很强，因此需要栅极 驱动器器件，它支持电源开关的快速 打开和关闭。 因此您可以将栅极驱动器视作一个 具有足够肌肉力量的人，在传感到 来自控制器的传入信号时对栅极进行开关。 栅极驱动器主要帮助降低 在对这些电源开关进行开关过程中的功率耗散。 这里是简单的单通道栅极驱动器 示例，演示了其功能。 有来自控制器的输入信号。 这通常是一个逻辑电平。 驱动器的输出根据输入信号 改变状态。 这在栅极打开或关闭时发生。 在此期间，存在一个重新灌入 电源开关的高电流脉冲源。 电源开关的类型和该开关上的 电容决定了工程师在选择 栅极驱动器时必须考虑的驱动电流。 除此之外，我们的客户在选择栅极 驱动器时必须考虑哪些部分 关键因素？ 有多个因素，第一个是 电源拓扑。 另一个是需要从输入 传输到输出的功率级别。 您还需要查看开关 频率、运行电压，栅极 驱动器需要在这些条件下运行以打开或关闭开关， 保护级别-- 这可能 不同于电流传感、终端关闭、 去饱和保护、欠压锁定。 此外，还有另外一个重要的因素， 即隔离。 最后一个，它也很重要， 即了解在考虑到 瞬态时系统需要承受的 最大电压。 嗯，针对光伏逆变器而言， 您会建议什么类型的栅极驱动器？ 在回答该问题之前，让我们看看太阳能 逆变器。 它们通常是两级系统。 第一级是直流/直流电源转换，称为 初级侧。 而第二级用于直流到交流电源转换， 称为次级侧。 那么，逆变器的初级侧通常 执行一项关键功能， 即最大功率点跟踪，称为 MPPT。 它调节次级侧的输入直流电压， 以便执行反相电网补偿。 通常，初级侧中不需要隔离。 考虑到基准电压通常低于 600 伏， 以及这么高的开关频率， 初级侧大约需要 几百千赫，功率MOSFET 是直流/直流 转换的理想之选。 采用的典型初级拓扑 是降压、降压-升压和交错反激式。 因此，您可以使用单通道、双通道或半桥 MOSFET 驱动器，它具有很短的传播延迟和高驱动电流。 当前的商业逆变器使用硅 MOSFET。 下一代逆变器将评估氮化镓 和碳化硅 FET解决方案， 因为与硅相比，它们可以提供导通和开关损耗 低得多的解决方案。 现在，让我们看一下直流到交流侧， 它是逆变器侧或次级侧。 在这里，它通常使用悬挂桥电路， 这会在单面解决方案中采用四个开关。 在 3 面解决方案中采用多达 12 个。 因此，在这里，开关频率大约 为 60 赫兹至几千赫兹，通常 最高为 20 kHz。 不过，电源轨电压大约为 600 至 1,200 伏，尤其是在串式 逆变器和中央逆变器中。 实际上，现在某些新逆变器 会超过 1,200 伏，尤其是对于 3 面解决方案。 因此，这使IGBT 和碳化硅 FET 成为开关的正确选择。 现在，该级中使用的栅极 驱动器可以是半桥、双通道或单通道驱动器。 不过，它们针对 IGBT需要电隔离、高运行 电压和去饱和等高级保护功能， 针对碳化硅需要电流传感。 在这些驱动器中，我们将讨论什么种类的隔离？ 嗯，它取决于逆变器的 类型和光伏逆变器的区域要求。 一般来说，有两种类型的隔离要求。 基本隔离，即 2.5 KB/RMS， 以及增强型隔离，即 5 KB/RMS。 现在，这些要求由在每个区域 强制执行的用于信号隔离的 安全标准推动。 Sridhar，感谢您为我们讲解光伏逆变器栅极驱动器 系统设计。 请访问 ti.com/gatedrivers查看 TI 的栅极驱动器 产品系列，以了解有关我们的产品、技术文档 和有助于解决栅极驱动器设计注意事项的 文章的更多信息。 谢谢观看。