1.前言

在過(guò)去的 10-30 年里，氣候變化一直是一個(gè)備受爭(zhēng)議的話題，引發(fā)了關(guān)于哪些類型的法規(guī)是必要的政治討論。從短期來(lái)看，開發(fā)更環(huán)保的基礎(chǔ)設(shè)施，擺脫化石燃料等相對(duì)廉價(jià)的能源，成本要高得多。

政府補(bǔ)貼旨在鼓勵(lì)可再生能源技術(shù)的發(fā)展。這些補(bǔ)貼使從事可再生技術(shù)的公司能夠與控制大部分市場(chǎng)的傳統(tǒng)能源公司保持競(jìng)爭(zhēng)力。它們?cè)试S政府通過(guò)私營(yíng)公司幫助激發(fā)環(huán)境變化，以幫助后代，同時(shí)限制對(duì)傳統(tǒng)能源的監(jiān)管或稅收。太陽(yáng)能是可以顛覆傳統(tǒng)能源市場(chǎng)的可再生技術(shù)的一個(gè)很好的例子。

太陽(yáng)能電池板捕獲太陽(yáng)能并將其轉(zhuǎn)換為直流能量。來(lái)自面板的直流電必須轉(zhuǎn)換或升壓到更高的電壓，然后通過(guò)逆變器轉(zhuǎn)換為交流電。一旦轉(zhuǎn)換為交流電，電力可以供家庭、建筑物、工廠等使用，或直接輸送到電網(wǎng)。

要使太陽(yáng)能成為一項(xiàng)有價(jià)值的投資，太陽(yáng)能電池板必須非常有效地將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為可用電力。為此，公司設(shè)計(jì)了一些設(shè)備來(lái)幫助最大限度地利用太陽(yáng)能電池板收集的能量：太陽(yáng)能優(yōu)化器和微型逆變器。安裝在每個(gè)太陽(yáng)能電池板上的太陽(yáng)能功率優(yōu)化器用于在直流能量被發(fā)送到中央逆變器轉(zhuǎn)換為交流能量之前對(duì)其進(jìn)行調(diào)節(jié)。與太陽(yáng)能功率優(yōu)化器一樣，微型逆變器也放置在每個(gè)太陽(yáng)能電池板上，但它們直接在太陽(yáng)能電池板上將直流能量轉(zhuǎn)換為交流能量。盡管這些技術(shù)不同，但它們具有相同的目標(biāo)：提高單個(gè)太陽(yáng)能電池板的性能，以幫助提高整個(gè)系統(tǒng)的能源產(chǎn)量。

2、MOSFET在逆變器中的作用

這和半導(dǎo)體有什么關(guān)系？設(shè)計(jì)和布局中的最小決策可能會(huì)影響微型逆變器和太陽(yáng)能優(yōu)化器的效率。這些小而重要的決定之一是圍繞金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管 (MOSFET)。參見圖 1。

圖 1：太陽(yáng)能電源框圖  

圖 1 所示的太陽(yáng)能優(yōu)化器顯示了 MOSFET 的工作，即調(diào)節(jié)太陽(yáng)能電池板光伏電池 (PV+/PV-) 的電壓，然后將其發(fā)送到中央逆變器 (String+/String-) 以完成直流/AC 轉(zhuǎn)換。這些 MOSFET 需要能夠在 DC/DC 轉(zhuǎn)換期間達(dá)到高電壓，因此需要柵極驅(qū)動(dòng)器，因?yàn)?FET 不能由微控制器直接驅(qū)動(dòng)。

TI 的 120 V、3.5 A、UCC27282柵極驅(qū)動(dòng)器非常適合這種情況。3mm×3mm 柵極驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)用于驅(qū)動(dòng)高側(cè)、低側(cè)配置中的兩個(gè) N 溝道 MOSFET。由于 MOSFET 處于 H 橋配置，UCC27282 可以快速切換相應(yīng)的柵極，用于將較低電壓轉(zhuǎn)換為高電壓。

太陽(yáng)能優(yōu)化器還受益于 UCC27282 內(nèi)置的安全功能。欠壓鎖定 (UVLO) 是一種保護(hù)功能，可在有足夠的電源電壓來(lái)開啟外部 MOSFET 之前禁止每個(gè)輸出。UCC27282 具有 5 V UVLO，這是目前所有 TI 半橋柵極驅(qū)動(dòng)器中最低的。當(dāng)尚未建立足夠的電壓且直流電源電壓 (V DD ) 未超過(guò) UVLO 閾值時(shí)，這在啟動(dòng)期間很有幫助。

如果沒(méi)有 UVLO，MOSFET 可能會(huì)在電壓不足的情況下開啟，這可能會(huì)損壞 FET 和整個(gè)系統(tǒng)。如果 FET 沒(méi)有完全開啟，器件在傳導(dǎo)過(guò)程中將具有高電阻，并將以熱量的形式耗散功率。此外，MOSFET 可能會(huì)被驅(qū)動(dòng)到未知狀態(tài)，此時(shí) FET 可能不會(huì)在需要時(shí)切換，從而導(dǎo)致系統(tǒng)無(wú)法按預(yù)期運(yùn)行。UCC27282 的 UVLO 為 5V，是所有電流半橋柵極驅(qū)動(dòng)器中最低的。

5 V UVLO 的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它可以使用較低的 V DD，這有助于提高效率，因?yàn)樗档土碎_關(guān)損耗。較低的 V DD還為優(yōu)化總 MOSFET 損耗提供了更大的靈活性。

由于太陽(yáng)能應(yīng)用中 MOSFET 的頻繁開關(guān)，可以在柵極驅(qū)動(dòng)器的輸入級(jí)感受到開關(guān)噪聲。如果發(fā)生這種情況，輸入信號(hào)的完整性可能會(huì)被破壞，導(dǎo)致兩個(gè)輸入同時(shí)處于高電平。UCC27282 的輸入互鎖，也稱為交叉?zhèn)鲗?dǎo)保護(hù)，可防止輸入端的這種錯(cuò)誤反映在輸出端并導(dǎo)致功率級(jí)損壞。

有助于提高太陽(yáng)能優(yōu)化器效率的最后一個(gè)性能特性是啟用/禁用引腳。功率優(yōu)化器對(duì)每個(gè)單獨(dú)的模塊使用最大功率點(diǎn)跟蹤，以確保在理想的功率收集范圍內(nèi)執(zhí)行 DC/DC 轉(zhuǎn)換。一旦超出理想的功率收集范圍，DC/DC 轉(zhuǎn)換就不需要 UCC27282，它的使能功能可用于減少靜態(tài)（待機(jī)）電流損耗。

在太陽(yáng)能領(lǐng)域，效率的最小提高是難以實(shí)現(xiàn)的。設(shè)計(jì)中一些最小的設(shè)備的最細(xì)微的變化都會(huì)產(chǎn)生很大的不同。雖然效率提高幾個(gè)百分點(diǎn)似乎無(wú)關(guān)緊要，但它們是從傳統(tǒng)化石燃料能源中獲得市場(chǎng)份額所必需的。可再生能源取得的任何收益都有助于創(chuàng)造一個(gè)更清潔的社會(huì)，造福子孫后代。