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光伏发电技术 SiC器件 ★ 5.0

基于本征谐振与耦合电感的高效光伏功率优化器

High-Efficient Photovoltaic Power Optimizer Based on the Intrinsic Resonance and Coupled Inductors

作者 Reza Sangrody · Shamsodin Taheri · Edris Pouresmaeil
期刊 IEEE Transactions on Industrial Electronics
出版日期 2025年1月
技术分类 光伏发电技术
技术标签 SiC器件
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 太阳能功率优化器 谐振 开关损耗 临界导通模式 效率
语言:

中文摘要

通过谐振降低开关损耗是提高太阳能功率优化器效率的有效途径。事实上,与传统转换器相比,如果去除基于谐振的太阳能功率优化器结构中不必要的元件,它可以以更低的成本提供相当高的可靠性和效率。本文介绍了一种新型光伏升压功率优化器,其基于转换器电感与MOSFET输出电容之间的谐振,从而降低了MOSFET的开关损耗。与采用额外元件来利用系统谐振的传统方法相比,该方法降低了转换器的成本。在所提出的转换器中,当MOSFET两端的谐振电压达到零或最小值时,MOSFET导通,因此开关损耗显著降低。此外,所提出的升压功率优化器工作在临界导通模式(CRM)下以降低开关损耗。除了降低MOSFET的开关损耗外,还降低了包括电感铜损、二极管导通损耗和MOSFET导通损耗在内的其他损耗,从而显著提高了转换器的效率。通过搭建样机对所提出的技术进行了实验验证。实验结果表明,该升压功率优化器的效率高达98%。

English Abstract

Reducing switching losses through resonance is an effective way to improve the efficiency of a solar power optimizer. In fact, in comparison with the traditional converters, the resonance-based solar power optimizer can offer considerable reliability and efficiency at reduced cost if unnecessary elements in its configuration are removed. In this article, a new photovoltaic boost power optimizer is introduced based on the resonance between the converter inductor and the output capacitance of the MOSFET leading to a reduction in the switching losses of the MOSFET. Using this method, the cost of the converter decreases compared with traditional methods that employ additional elements to use the resonance in the system. In the proposed converter, the MOSFET is switched on when the resonant voltage across it reaches zero or a minimum value; therefore, the switching losses decrease significantly. Also, the proposed boost power optimizer operates in a critical conduction mode (CRM) to decrease the switching losses. In addition to the reduction of MOSFET switching losses, other losses consisting of inductor copper loss, diode conduction loss, and conducting loss of MOSFET are reduced so that converter efficiency increases considerably. The proposed technique is experimentally validated using a prototype. Experimental results demonstrated that the efficiency of the boost power optimizer is as high as 98%.
S

SunView 深度解读

从阳光电源的业务角度来看,这篇论文提出的基于本征谐振和耦合电感的光伏功率优化器技术具有重要的战略价值。该技术通过利用转换器电感与MOSFET输出电容之间的固有谐振实现零电压或最小电压开关,显著降低了开关损耗,这与我司在组串式逆变器和MLPE(模块级电力电子)产品线的技术发展方向高度契合。

该技术的核心价值在于通过简化拓扑结构降低成本的同时实现98%的高效率。相比传统谐振方案需要额外增加元器件,该方法利用系统固有特性,避免了BOM成本增加,这对我司在激烈市场竞争中保持成本优势至关重要。临界导通模式(CRM)的应用进一步降低了开关损耗,同时减少了电感铜损、二极管导通损耗等多维度损失,这种全方位的效率提升策略与我司"安全、高效、经济"的产品理念完全吻合。

从应用前景看,该技术可直接应用于我司的组件级优化器产品,特别适合复杂遮挡场景下的分布式光伏系统。在储能系统的DC-DC变换环节,该技术也能有效提升能量转换效率,延长系统寿命。技术成熟度方面,论文已完成原型验证,具备工程化基础。

然而需要关注的挑战包括:CRM模式下的变频运行可能增加EMI设计复杂度;谐振参数对温度和器件老化的敏感性需要深入评估;大功率场景下的散热设计和磁性元件优化仍需进一步研究。建议我司技术团队与学术机构开展联合研发,在1500V高压平台和SiC器件应用场景下验证该技术的适用性,推动其在下一代产品中的商业化应用。