MPPT（Maximum Power Point Tracking）是光伏逆變器系統實現最大程度利用太陽能的關鍵部分，不同的MPPT拓撲有各自的特點。本文將對比常見的三種MPPT電路，並對雙boost (Dual Boost)的開關模式限制做了原理性分析，直觀解釋了Dual Boost 在MPPT中無法交錯開關。針對不同的電壓與電流等級，本文提供了英飛凌針對各種拓撲的參考器件選型方案，為設計高效可靠的MPPT提供便利。
如何將太陽能最大程度轉化為電能，除了光伏電池板自身技術的發展以外，最大功率跟蹤MPPT也是壓榨太陽能利用率的重要環節。一般情況下，光照強度越大，光伏電池板能夠輸出的功率也越大。下圖是一定光照強度下電池板的輸出特性曲線，可以發現存在某個點的輸出功率最大（MPP,Maximum Power Point）。 以上是MPPT中常用的Boost電路及其衍生電路的拓撲，兩電平的Single Boost電路結構簡單，但是器件的電壓應力會更大些；Dual Boost與Flying Capacitor Boost都屬於三電平的拓撲，因而器件的電壓應力減半，但這兩種拓撲在光伏MPPT應用中還有很大的不同。
  當Dual Boost開關時，可以通過疊加定理方便地寫出iC的表達式：  假設三相電壓均衡，那麼vAN、vBN、vCN的矢量和為0，iC又可以簡化為：  從這裡我們可以看到排除掉元器件差異後，同樣的拓撲下共模漏電流的值正比於正負母線的共模電壓大小。為了便於大家更直觀的理解，這裡不再進行複雜的傅里葉分解，而是使用兩張圖來對比。圖8和圖9是不同工作模式下，vP+vN與直流輸出電壓的比值。由此兩圖的對比可以看出，最終的傅里葉分解結果也是相差一個脈衝函數δ(ω)。因此使用Dual Boost交錯開關時的共模漏電流會比同步開關時要大得多，很容易超過VDE或者GB/T等標準的值。
這裡也可以順便一提Single Boost，從圖10可以看出正母線的共模噪聲源被負母線旁路了，不產生對地的共模漏電流。  
針對不同的拓撲與功率需求，英飛凌都有高效並且可靠的解決方案。近些年隨著光伏電池本身技術的發展，單板電流越來越大，光伏電站對單瓦成本的要求又使得系統的交直流電壓越來越高。針對這種電壓愈高電流愈大的趨勢，英飛凌根據客戶的應用需求和創新設計開發了各種模塊產品。 模塊產品基於英飛凌的Easy封裝，有著靈活的Pin針布置與極小的雜散電感，能夠最大程度上發揮出晶片與拓撲本身的優勢。圖11是主要的一些方案，表1是1500V系統下適用的模塊方案的具體信息。其中DF4-19MR20W3M1HF_H94採用業內領先2kV SiC晶片技術，每個模塊有4路Boost，通過簡單的拓撲即可實現1500VDC系統下的40A以上MPPT，開關頻率可推高至30kHz以上進一步減小電感尺寸。
隨著高壓大電流的IGBT與SiC單管產品越來越多，光伏系統中也出現越來越多的分立器件方案以降低整體成本。英飛凌1200V的TRENCHSTOP™ IGBT7 H7產品兼顧了導通損耗與開關損耗，非常適合Boost MPPT的應用。表2 MPPT IGBT單管解決方案是針對不同電流時，開關頻率16kHz下推薦的IGBT規格。如果使用SiC以獲得更優異的性能，成倍提升的開關頻率（32kHz）也能使得濾波電感大大減小，推薦的方案見表3。
可以看到在使用推薦的方案，IGBT工作於16kHz，SiC工作於32kHz時，在典型的滿載工況下，單管的損耗與結溫都有充足的裕量。因此也可以嘗試將開關頻率提到更高，以進一步提升功率密度。如果使用更大電流能力的器件去減少並聯也是可以的，具體還要看大家自己的設計習慣。 以上是MPPT基本原理與英飛凌解決方案，各位在做方案選型時可以基於此去做參考。但由於不同的光伏電池板的電壓、電流範圍不同，不同設計習慣中的電流紋波也不同，具體的案例仍然需要結合具體工況去做詳細評估。 參考文獻 |
