本次为咱们带来的是。《如安在太阳能运用旁路电路中运用抱负。二极管。操控器。并扩展其输入电压规模》。。本文将介绍一种选用起浮栅极抱负二极管操控器的可扩展输入旁路电路解决计划。该电路可解决太阳能功率优化器、快速关断和 PV 接线盒等太阳能。电源。运用中旁路开关需求宽电压支撑的相关难题。

导言。

在太阳能光伏 (PV) 体系中，模块级电力。电子。设备 (MLPE) 可在某些条件（特别是在暗影条件）下进步发电功用。MLPE 曾被视为本钱较高的特别运用，现在则是太阳能职业中开展最快的细分商场之一。太阳能功率优化器是一种用于优化 PV 电池板的功率输出并进步功率的 ML。PE。

传统太阳能功率优化器运用 P-N 结二极管或。肖特基。二极管作为旁路电路。当大电流流过二极管时，因为二极管的正向压降相对较高，发生的高功率耗闭会导致严峻的热问题。一种改善的办法是运用压降比二极管低的金属氧化物。半导体。场效应。晶体管。(。MOSFET。) 来战胜高功率损耗问题。

此外，得益于在给定功率等级下导通损耗更低而完成的功率进步以及较低的体系本钱，太阳能优化器现在可支撑更高的输入电压（两个 PV 电池板串联的状况下，支撑高达 150V 瞬态电压）。在本文中，咱们将评论一种选用起浮栅极抱负二极管操控器的可扩展输入旁路电路解决计划。该电路可解决太阳能功率优化器、快速关断和 PV 接线盒等太阳能电源运用中旁路开关需求宽电压支撑的相关难题。

什么是太阳能功率优化器？

图 1 展现了一个 PV 体系，其间太阳能功率优化器设备在单个 PV 电池板上。

图 1: 装有太阳能功率优化器的 PV 体系。

能够将功率优化器视为介于微型。逆变器。和串式逆变器之间的折衷计划。功率优化器像微型逆变器相同设备在单个太阳能电池板上，但其功用与将直流电转换为交流电无关。功率优化器实时盯梢每个太阳能电池板的最大功率，并对输出电压进行调理，然后将其传输至逆变器。因而，逆变器能够处理更多的电能，从而使每个太阳能电池板的发电功用得以优化，不管电池板面向太阳的视点和遮光状况怎么，亦或是一个或多个电池板损坏，也不受影响。相较于不运用独自的电池板级优化器的太阳能体系，在每个 PV 电池板上设备功率优化器的太阳能体系的功率可进步 20% 至 30%。

太阳能功率优化器的输出旁路功用。

关于大功率光伏逆变器而言，将多个 PV 电池板以串联办法衔接能够完成进入逆变器输入端的高直流输入电压。将优化器布置到相应的 PV 电池板可获得超高的功率，如图 2 所示。PV 电池板串实际上经过优化器的输出端相互衔接。因为一切 PV 电路板均以串联办法衔接，假如任何一个太阳能电池板发生毛病，则 PV 电池板串的电压会溃散。输出旁路电路为受损坏的优化器周围的组串。电流。供给一条并行途径。图 2 展现了在其间一个 PV 电路板断开时，旁路功用是怎么作业的。

图 2：太阳能功率优化器的输出旁路功用。

输出旁路电路解决计划。

旁路电路一般有两种解决计划。完成旁路功用的常用办法是运用 P-N 结二极管或肖特基二极管，如图 3 所示。这种办法本钱低、易于运用，而且可根据所选二极管完成十分高的反向电压。可是也存在一些缺陷，例如高正向压降（0.5V 至 1V），会导致更高的功率耗散并需求更大的印刷电路板。为了战胜旁路二极管解决计划的缺陷，能够挑选运用压降更低且功率损耗更低（得益于低 RDS(on)）的 N 沟道 MOSFET。不过，这种办法也有如下缺陷：

MOSFET 不是一种独立的解决计划，它需求在。操控电路。（一般是带有分立式 MOSFET。 驱动器。电路的。微操控器。(。MCU。)）的效果下用作开关。

MCU 需求由 PV 电路板。供电。。假如 PV 电路板严峻损坏或彻底被暗影或遮蔽物掩盖，则 MCU 将无法作业，而且 MOSFET 无法导通。

在 MCU 呈现毛病的状况下，MOSFET 无法导通，旁路途径会经过 MOSFET 的体二极管。但 MOSFET 的体二极管无法接受大电流，而且会因热量累积而发生高温，形成火灾危险。

图 3：在太阳能优化器中运用旁路开关的典型解决计划。

为战胜根据 MCU 的开/关操控计划的缺陷，一种。智能。办法是运用可在无任何外部干涉的状况下自主作业的独立 MOSFET 操控器。德州仪器。的。LM74610-Q1。系列起浮栅极抱负二极管操控器经过操控外部 N 沟道 MOSFET 来。模仿。串联二极管的行为，可供给独立的低损耗旁路开关解决计划。这类操控器具有起浮。栅极驱动。架构，可在输入电压低至 MOSFET 体二极管正向压降（约为 0.5V）的状况下运转。

不过，跟着光伏逆变器功率等级的进步以及更高电压 PV电池板运用的增加，旁路电路需满意一些要求才干优于传统解决计划。它需求与电压规模为 20V 至 150V 的 PV 电池板合作运用，以便能够跨多个渠道扩展，而且它应独立于。其他电路。。

运用低压抱负二极管操控器的可扩展旁路开关解决计划。

旁路电路解决计划运用具有起浮栅极驱动架构的抱负二极管操控器（例如 LM74610-Q1）来驱动外部 MOSFET，并模仿抱负二极管作为旁路电路，使其独立于其他电路。起浮栅极驱动架构能够完成通用输入规模，原因在于栅极驱动不以地为基准。此外，该机制的共同优势在于不以地为基准，因而静态电流为零。

当太阳能电池板和太阳能设备正常运转时，旁路 MOSFET 关断，而且从抱负二极管操控器的阴极到阳极引脚会呈现等于最大电池板电压的反向电压。不过，从抱负二极管操控器的阴极到阳极引脚的反向电压（PV+ 至 PV-）或许十分高，可到达 PV 电池板和电池板串的瞬态电压。在串联运用多个具有较大输入电压规模的 PV 电池板时，为旁路。电路规划。最大输入电压规模或许极具挑战性。LM74610-Q1 的最大反向电压限制为 45V 瞬态。因而，现在可用的抱负二极管操控器器材不适用于额外输入电压为 80V 或 125V 的太阳能电池板。

经过在。检测。途径中增加耗尽型 MOSFET QD 来扩展抱负二极管操控器的反向电压规模，可针对任何规模坚持该电压电平，如图 4 所示。QD 的漏极衔接到输出 PV+。源极和栅极别离衔接到抱负二极管操控器的阴极和阳极。

图 4: 可扩展旁路开关解决计划。

LM74610-Q1 反向电压规模扩展的。作业原理。

耗尽型 MOSFET 默许在 MOSFET VGS 为 0V 时导通，这与增强型 MOSFET 不同，后者要求 VGS 大于 MOSFET 的。阈值电压。才干导通。要关断耗尽型 MOSFET，VGS 需求小于 0V（典型规模为 –1V 至 –4V）。为了剖析耗尽型 MOSFET 在抱负二极管检测途径中的效果，咱们看一下以下条件下的器材运转状况：

当 VPV– 大于等于 VPV+ 时：抱负二极管操控器处于正导游通状况，使功率 MOSFET Q1 和耗尽型 FET QD 坚持导通状况。在这些操作条件下，您能够核算输出电压VOUT = VIN – (ID_Q1 RDS(on)_Q1)，近似为 VPV+。

当 VPV– 小于 VPV+ 时：抱负二极管操控器处于反向电流阻断状况，MOSFET Q1 关断。MOSFET QD 作为源极跟从器处于调理形式，保持 VCATHODE 高于 VANODE，且VCATHODE = VIN(VANODE)+ (VGSMAX)。因而，VCATHODE至 VANODE 之间的电压处于 QD 的肯定最大额外值 VGSMAX 规模内（一般小于 5V），远小于 LM74610-Q1 的 45V 最大瞬态反向电压。高反向电压 (VOUT – VIN) 由 QD 和 Q1 的漏源电压 (VDS) 保持。

挑选正确的耗尽型 MOSFET 和功率 MOSFET 取决于以下几点：

挑选 Q1 和 QD 时，其 VDS 额外值大于最大峰值输入电压。

挑选 RDS(on) 时，需保证可在电源途径 MOSFET 上完成超低功耗。FET 的漏极电流 (ID) 应高于输出负载所需的最大峰值电流。开始时，可挑选一个在满负载电流下能使功率 MOSFET 两头的压降为 50mV 至 100mV 的耗尽型 MOSFET。

RDS(on) 能够在数百欧规模挑选（LM74610-Q1 的起浮栅极驱动架构具有较大的阴极引脚对地阻抗，而且操控器的。 IC。ATHODE 在微安规模内）。

图 5 展现了选用 40V LM74610-Q1 操控器的 60V 旁路开关解决计划的测验成果。

图 5 :运用 LM74610-Q1 和耗尽型 MOSFET 的 60V 旁路电路的测验成果。

运用适宜。规范。的 MOSFET（Q1 和 QD），输入电压规模能够扩展至 FET 的 VDS 额外值。这样能够运用同一低压操控器完成。高压。规划。此外，扩展输入电压规模在企业、。通讯。、电动工具和高压电池办理运用中也十分有用。

结语。

假如以串联办法衔接的 PV 电池板或太阳能设备呈现损坏或毛病，有必要选用恰当的规划来防止呈现热门和/或电压供给中止。这一职责一般由太阳能功率优化器或快速关断设备承当。虽然运用规范。整流二极管。或肖特基二极管是绕过损坏电池板的最简略解决计划，但鉴于热功率低下，它们并非优选计划。与旁路开关解决计划比较，起浮栅极抱负二极管操控器调配 N 沟道 MOSFET 可完成更少的独立损耗，而且进一步经过增加耗尽型 MOSFET 的体系解决计划则能够供给彻底可扩展输入规模的解决计划，用于应对 PV 电池板的宽输入电压规模要求。

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