1 简介

微型逆变器中的功率转换系统通常采用两级式设计，如图 1-1 所示。

图 1-1 微型逆变器两级拓扑

在这种方案中，首先是一个直流/直流级（反激式或推挽式升压级），然后是另一个交流/直流级（自换向交流/直流或图腾柱 PFC），将光伏电池板提供的直流电转换为通常在 400V_DC 左右的临时直流总线。然后，根据国家或地区的电网情况，将直流总线转换为交流电压 (110V_AC..230V_AC)。功率级别过去通常在 300-400W 之间，但最近也出现了每个输入功率高达 600W 以及多输入系统的实施。微型逆变器传统上构建为单向转换器，因为电力是从光伏电池板流向交流电网。主要有两种实施：隔离式电流源逆变器 (CSI) 和隔离式电压源逆变器 (VSI)。VSI 略为复杂，但在功率级别相当的情况下效率更高。需要使用隔离栅将光伏电池板与高压交流连接隔离，以免在有人触碰电池板时发生电气危险。此外，需要使用隔离栅将光伏电池板的电容行为与交流连接隔离，以免产生残余电流。

要将隔离式直流/直流级双向用于储能系统，需要进行的更改是用 CLLLC 或双有源电桥 (DAB) 等双向转换器取代推挽式或反激式级，如图 1-2 所示。交流/直流级保持不变，既可以是图腾柱 PFC/逆变器，也可以是单极或双极运行的全桥。有关交流/直流级的差异，请参阅 TIDA-010938（可配置交流/直流级）设计指南。

图 1-2 便携式电源站的双向功率级拓扑

参考设计 TIDA-010054 介绍双有源电桥的工作原理，而参考设计 TIDA-010933 介绍 LLC 或 CLLLC 转换器的工作原理。CLLLC 是一种谐振转换器，控制 MCU 利用频率调制来控制输出功率。谐振控制器在接近谐振频率的窄范围内运行时效率很高。双有源电桥通常以固定频率运行，功率流由两侧输入电桥和输出电桥之间的相移控制。两种方案各有利弊。具体选择哪一个方案取决于系统要求，如输入和输出电压范围。

两级转换器的功率效率通常限制在 96% 的范围内（从直流到交流），尤其是在整流级上使用二极管单向运行时。从纯电源开关数量的角度来看，两级转换器很容易出现多达 10-12 个高压开关元件。

本文介绍了一种新型单级转换器参考设计 TIDA-010954，该设计使上述终端设备的实施更高效、体积更小，同时降低了成本。功率转换控制算法基于扩展相移，降低了对 MCU 速度和软件复杂性的要求。