如何用隔离栅极驱动器及GaN晶体管提高太阳能逆变器效率

电源转换效率是衡量太阳能（solar energy）系统的重要指标。虽然这与多方面因素有关，在太阳能电池板直流电转换为家用交流电的过程中，逆变器发挥的作用最大。为了将效率提高哪怕只有0.1%，逆变器制造商往往需要投入大量的时间，一些典型方法有优化设计、减小尺寸、采用氮化镓（GaN）技术，选择高性能MOS管（MOSFET）等。

典型的太阳能微逆变器

提高PV系统电源转换效率的方法

为使PV面板性能最大化，DC/DC级是微逆变器的最前端，其中的数字控制器执行最大功率点跟踪（MPPT），目前最常见的拓扑结构是非隔离式DC/DC升压转换器（DC/DC boost converter）。对于单个太阳能电池板，通常轨道或直流环节为36V；在这个电压范围内，用户可以使用标准硅金属氧化物半导体mos晶体管（MOSFETs）进行DC/DC转换。

PV系统工作于户外，减小尺寸是优先选项（微逆变器和功率优化器将适合光伏系统的后端）。由于较高频率能减小微逆变器和太阳能优化器应用中的大型磁性元件的尺寸，一些太阳能逆变器制造商正在采用氮化镓（GaN）技术，GaN基MOS管能够以更高频率切换。

PV系统中，DC/AC级或次级通常使用H桥拓扑结构，微逆变器轨道电压约为400V。栅极驱动器可以使用多种隔离技术把控制器与电源开关隔离，还可同时驱动高频开关。这些要求由信号隔离的安全标准驱动，如IEC62109-1安全标准。

采用TI公司UCC21220栅极驱动器的优势

UCC21220是德州仪器（TI）推出的基本隔离栅极驱动器，可以驱动功率MOSFET、IGBT和GaN晶体管。UCC21220在缩小芯片尺寸的同时，有效降低了成本。凭借第二代电容隔离技术，UCC21220能提供28ns的典型传播延迟和提高效率，同时也降低了印刷电路板（PCB）空间和系统成本。

UCC21220具有集成优势，提供了高侧和低侧之间的传播延迟和延迟匹配性能。这些定时特性减少了开关损耗，能够更快导通，同时还使体二极管的导通时间最小化，也提高了效率。由于这些参数较少依赖于VDD，这为设计师提供了较大发挥空间，可以放宽系统其余部分的电压容差设计余量。

UCC21220驱动器能够驱动功率MOSFET、IGBT和GaN晶体管

TI的GaN技术使DC/DC升压和DC/AC倒相级的工作频率超过100kHz。基于GaN功率级MOS管固有的低开关损耗，可以达到99%或更高的效率。更高的效率不仅意味着能源浪费更少，也意味着更小的冷却需求、更少的散热器，以及更紧凑和更具成本效益的设计。

UCC21220还用于微逆变器和太阳能优化器，这是太阳能应用的替代方案，其中基本隔离可能就已足够。设计中，选择和使用正确的高压栅极驱动器，可实现更高效率，降低空间受限的微逆变器或太阳能优化器的系统成本。

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