光伏微逆变电路的逆变全桥典型拓扑分析

大家好，我是电源漫谈，前述文章，光伏微逆变器应用中的拓扑及工作原理分析， 简要分析了微逆变电路的DC/DC部分拓扑，接着上文，本文我们简要分析一下逆变部分的电路拓扑，这样就会有一个完整的拓扑分析过程。

逆变部分主要是一个全桥拓扑，全桥电路是连接在反激变换器输出端的，而且全桥电路针对反激变换器输出的整流电压，对它进行展开变换，用于控制到电网的功率流向。

图1为全桥展开电路的MOSFET的隔离驱动电路,下面电路用到了MCP14E4-E/SN这个双输出驱动芯片。

图1 全桥展开电路的驱动电路

图2 全桥展开电路的驱动电路隔离部分

接下来我们重点介绍一下这个驱动电路的特点和功能。为了保持控制器和高压交流电路之间的电气隔离，门级驱动变压器用于驱动高边和低边的MOSFET, 这里采用高频228kHz，固定占空比50%的驱动信号来驱动门级变压器，为了避免门级驱动变压器磁饱和，陶瓷电容在串联回路上，放在驱动IC输出和门级驱动变压器之间，这些电容除去了直流偏置分量，将使用6V驱动信号驱动MOSFET.

在驱动变压器输出端是低通滤波器，产生纯DC电压以2倍母线频率驱动全桥的MOSFET,为了减小器件开关损耗，所以MOSFET开关是在电压或电流的过零点处切换。这里说一下门级放电的特别之处，光耦跨过全桥MOSFET的门源级，去建立一个快速的放电路径，当MOSFET关断的时候,如果没有这个光耦放电路径，唯一给门级电压放电的通路就是门源级下拉电阻，全桥展开电路显示在图3所示。

图3 全桥展开电路结构

这里可以看到门级驱动通过驱动变压器进行隔离驱动，而同时通过光耦隔离电路产生门级快速放电通路。

全桥展开电路的运行波形显示于图4，在一个AC半周期,PWM3H开关，驱动一个展开电路的桥臂，Q2和Q5,当AC电压接近0时，PWM3H不工作，光耦使能OPTO_DRV1, 在另一个AC半周期，PWM3L驱动MOSFET  Q3和Q4,工作原理类似。从图示上看当在AC电压开始阶段，PWM波形是使能的，输出电压从0开始。

图4 逆变电路驱动波形

由于输出交流电压，EMI电路是必不可少的部分。这里有一个EMI滤波器连接到全桥展开电路输出端。具体而言，EMI滤波器由共模电感L6, 共模电容C48, C52, 差模滤波器C51和L4, L7组成。滤波器使用现成的器件的合适降额来设计,在EMI滤波器输出是一个430V的压敏电阻，跨过L和N端起到保护的作用，主要是瞬态电压尖峰保护的作用，在压敏电阻之后是两个保险丝，一个在AC的L线路径上，另一个是在N线路径上，最后一个元件串联在保险丝上是一个铁氧体磁珠，接下来是输出端连接器，铁氧体磁珠帮助抑制高频分量。EMI滤波器的电路图如图5所示。

图5 逆变器输出EMI电路

这里我们也顺便解释一下什么是压敏电阻，MOV金属氧化物压敏电阻是以氧化锌ZnO为主要成分，它是一个非线性电阻，类似于一个有阈值的开关。这种电阻的特点是浪涌电流耐量及非线性系数非常大，在阈值电压以下时，其阻抗非常大，无电流通过。当超过阈值电压时，其两端电阻降低相当于短路，可以在上面泄放大电流，所以它可以作为电子电路的保护器件，可以对异常电压如雷击浪涌电压进行吸收。

以上就是微逆变电路中，逆变全桥及EMI滤波器部分的主要电路的基本组成及功能。

参考资料：AN1444 Grid-Connected Solar Microinverter Reference Design