在炎炎夏日，我通常和大多數人一樣會躲在空調房裡避暑。再之後，隨著天氣變得涼爽起來，我會打開窗戶吹著自然風，在那時我就會收到夏季的電費帳單，然後我就會問自己空調帶來的短暫舒適感是否真的值得。
空調只能在對抗炎熱天氣的過程中取得得不償失的勝利。作為一名工程師，我認為這是一個需要解決的問題。我的解決方案很簡單：如果你無法徹底取代它們，那就好好利用它的光與熱。因此，與其消耗大量昂貴的公用電，我們倒不如用屋頂上的太陽能電池板為空調提供動力。幸運的是，我並不是第一個想到這一點的人，而且太陽能的成本幾乎與傳統能源持平，每個人都能享受太陽能帶來的好處。
雖然人們將大部分的關注點都投向了光伏面板，但太陽能發電生態系統的其他部分也不容忽視，比如，電力電子技術。但這也只是一個關鍵方面而已。光伏面板產生的是直流電壓，但電力傳輸和配電系統卻處於交流電狀態，因此需要電源逆變器。
為實現太陽能發電系統的成本目標，美國能源部提出了以下要求作為“Sunshot Initiative”的一部分：
• 轉換效率大於98%
• 使用壽命大於25年
• 功率密度>100W/in3
• 系統成本<$ 0.10/W（公用設施）； <$ 0.125/W（商業）；<$ 0.15/w（住宅）（包括電力電子設備的壽命週期成本，包括其使用壽命內的初始資本成本和運維（O&M）成本）
• 轉換效率大於98%
• 使用壽命大於25年
• 功率密度>100W/in3
• 系統成本<$ 0.10/W（公用設施）； <$ 0.125/W（商業）；<$ 0.15/w（住宅）（包括電力電子設備的壽命週期成本，包括其使用壽命內的初始資本成本和運維（O&M）成本）
“Sunshot Initiative”的目標是非常雄偉的，而要滿足這些目標不僅需要核心的優化，還需要仔細考慮各個部分。精心設計可能導致對隔離邊界帶來巨大影響。逆變器在低壓直流和危險的高壓交流之間的連接需要電流隔離，這可能導致電源場效應電晶體（FET）或絕緣柵雙極電晶體（IGBT）位於產生柵極信號的控制器隔離柵的相反側。增強型隔離柵極驅動器（如德州儀器的UCC21520）非常不錯，因為它們結合了多種功能，能夠將信號傳遞到隔離邊界，並從數個設備到一個設備將邏輯門信號轉換為實際的柵極驅動。增強型隔離柵極驅動器是串聯逆變器的理想解決方案，其最大輸出功率範圍為500W至10kW。
UCC21520通過在高側和低側之間實現傳播延遲和延遲匹配的領先性能，改善了這些集成優勢。因為它更快地導通且減少了所需的死區時間，即較高損耗的體二極體導通時的死區時間，所以減少了與開關相關的損耗。這些參數也較少依賴於VDD，因此您可以放寬系統其餘部分的電壓容差設計餘量，如圖1中的基準資料所示。圖1還強調了UCC21520在VDD上的線性性能比競品的性能要高得多。
圖1：德州儀器（TI）的UCC21520傳播上升/下降延遲相較於VDD和競品而言
微逆變器是一種快速發展的架構，可將單個PV模組的電能轉換為交流電網，通常設計用於180-300W範圍的最大輸出功率。通過分配反轉過程，太陽能電池陣列可適用更複雜的屋頂，且能夠安裝更小的陣列，這些陣列通常不會達到串逆變器的輸入電壓。德州儀器的基本隔離柵極驅動器UCC21220為基本隔離足夠的太陽能應用提供了替代方案。它採用第二代電容隔離技術，通過縮小晶片尺寸來降低成本，不僅有助於降低PCB空間和系統成本，還可保持傳播延遲和延遲匹配的領先性能。
另一個需要穿過隔離邊界的器件是輔助電源。不管AC公用設施/負載或光伏面板的狀態如何，要確保太陽能逆變器能夠“智慧”且持續地運行，都需要隔離電源為逆變器提供偏置電源。由於這個步驟需要跨越隔離邊界，因此它也需要跨越它的元件。初級側調節（PSR），其輸出由相對於初級側控制器而非光耦合器接地的輔助繞組調節，是降低元件和成本的好方法。PSR還具有增加使用壽命的額外好處，因為它消除了浪湧電壓期間難處理的故障點。初級側反激式控制器，如UCC28700，通過採用最少的外部電路實現高級演算法，最大限度地提高了控制方案的性能和效率。UCC28910 通過將700V功率FET和控制器集成到單個設備中，擴展了這些優勢，進一步減小了偏置電源的大小。
德州儀器的解決方案可説明製造經濟實惠且性能可靠的太陽能，使其足以在炎熱的天氣裡為空調提供動力。
其他資源
• 下載白皮書：“太陽能轉換器中的隔離：瞭解IEC62109-1安全標準。”
• 瞭解TI的智慧電網解決方案，包括太陽能
• 瞭解有關PSR反激式轉換器的更多資訊
• 採用適用於AC / DC電源的25W 88％效率多路隔離輸出輔助電源參考設計的UCC28700PSR反激式控制器開始設計25W輔助電源
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