【導讀】MPPT（Maximum Power Point Tracking）是光伏逆變器係統實現最大程度利用太陽能的關鍵部分
，不同的MPPT拓撲有各自的特點。本文將對比常見的三種MPPT電路，並對雙boost (Dual Boost)的開關模式限製做了原理性分析，直觀解釋了Dual Boost 在MPPT中無法交錯開關。針對不同的電壓與電流等級


，本文提供了英飛淩針對各種拓撲的參考器件選型方案，為設計高效可靠的MPPT提供便利。

MPPT（Maximum Power Point Tracking）是光伏逆變器係統實現最大程度利用太陽能的關鍵部分
，不同的MPPT拓撲有各自的特點。本文將對比常見的三種MPPT電路

，並對雙boost (Dual Boost)的開關模式限製做了原理性分析，直觀解釋了Dual Boost 在MPPT中無法交錯開關。針對不同的電壓與電流等級，本文提供了英飛淩針對各種拓撲的參考器件選型方案，為設計高效可靠的MPPT提供便利。

MPPT基本原理與常用拓撲

如何將太陽能最大程度轉化為電能，除了光伏電池板自身技術的發展以外，最大功率跟蹤MPPTyeshiyazhataiyangnengliyonglvdezhongyaohuanjie。yibanqingkuangxia，guangzhaoqiangduyueda，guangfudianchibannenggoushuchudegonglvyeyueda。xiatushiyidingguangzhaoqiangduxiadianchibandeshuchutexingquxian，keyifaxiancunzaimougediandeshuchugonglvzuida（MPP,Maximum Power Point）。

當輸出電阻Ro調節到與電源內阻Rint相同時，負載可以接收到最大功率。光伏係統中的MPPT電路就起到了調節負載端的輸入阻抗
，以獲得最大功率的目的。

MPPT一般選用非隔離型的DC/DC電路
，Buck、Boost以及Buck-Boost電路都有合適的應用場合。隻不過Buck與Buck-Boost一般多用於小功率光伏係統中，在以後的文章中將再次提及這一部分

，這裏不多做介紹。中大功率的MPPT一般都是Boost電路及其衍生電路，除了Boost電路本身拓撲簡單以外，逆變側對高壓直流母線的需求也使得升壓電路更受歡迎。

以上是MPPT中常用的Boost電路及其衍生電路的拓撲
，兩電平的Single Boost電路結構簡單
，但是器件的電壓應力會更大些；Dual Boost與Flying Capacitor Boost都屬於三電平的拓撲，因而器件的電壓應力減半，但這兩種拓撲在光伏MPPT應用中還有很大的不同。

Dual Boost在MPPT中的開關模式限製

由於共模漏電流的問題[1]
，Dual Boost的兩顆主動管無法交錯，隻能同步開關，不能起到倍頻減小電感的作用。圖6是考慮光伏電池板對地寄生電容的簡化係統，Cpv+與Cpv-分別是電池陣列正負母線對地電容


，LP、LN是Boost輸入電感
，LA
，LB和LC是shi逆ni變bian器qi的de輸shu出chu電dian感gan。地di電dian流liu也ye就jiu是shi共gong模mo漏lou電dian流liu如ru果guo過guo大da的de話hua，一yi方fang麵mian不bu能neng滿man足zu安an全quan標biao準zhun


，另ling一yi方fang麵mian對dui光guang伏fu電dian池chi板ban本ben身shen的de壽shou命ming也ye有you影ying響xiang。圖tu7是將圖6進行交流等效後的簡化電路
，忽略器件的差異
，假設LP=LN=L，Cpv+=Cpv-=Cpv/2，LA=LB=LC=Lf，當Dual Boost采取不同的控製方式時，共模漏電流ic會有不同的表達式。

當Dual Boost開關時，可以通過疊加定理方便地寫出iC的表達式：

假設三相電壓均衡，那麼vAN
、vBN
、vCN的矢量和為0
，iC又可以簡化為：

congzheliwomenkeyikandaopaichudiaoyuanqijianchayihou
，tongyangdetuopuxiagongmoloudianliudezhizhengbiyuzhengfumuxiandegongmodianyadaxiao。weilebianyudajiagengzhiguandelijie
，zhelibuzaijinxingfuzadefuliyefenjie，ershishiyongliangzhangtulaiduibi。tu8和圖9是不同工作模式下

，vP+vN與直流輸出電壓的比值。由此兩圖的對比可以看出
，最終的傅裏葉分解結果也是相差一個脈衝函數δ(ω)。因此使用Dual Boost交錯開關時的共模漏電流會比同步開關時要大得多，很容易超過VDE或者GB/T等標準的值。

這裏也可以順便一提Single Boost
，從圖10可以看出正母線的共模噪聲源被負母線旁路了，不產生對地的共模漏電流。

FC Boost的特點

使用以上的方法，可以推導出FC Boostbucunzaigongmoloudianliudewenti
，liangkezhudongguankeyijiaocuokaiguan
，tigaodengxiaodekaiguanpinlv，yincitongyangdedianliuwenboyukaiguanpinlvxia，dianganzhikeyishiyuanxiandeyiban。danshiFC Boost拓撲與控製較為複雜，還需要引入飛跨電容的預充電電路，並且還有一些專利壁壘[2]，導致使用這個拓撲的門檻較高。

MPPT電路英飛淩模塊解決方案

MPPT電路英飛淩單管解決方案

隨著高壓大電流的IGBT與SiC單管產品越來越多，光伏係統中也出現越來越多的分立器件方案以降低整體成本。英飛淩1200V的TRENCHSTOP™ IGBT7 H7產品兼顧了導通損耗與開關損耗，非常適合Boost MPPT的應用。表2 MPPT IGBT單管解決方案是針對不同電流時，開關頻率16kHz下推薦的IGBT規格。如果使用SiC以獲得更優異的性能，成倍提升的開關頻率（32kHz）也能使得濾波電感大大減小，推薦的方案見表3。

以40A的光伏電池輸入為例，輸入520V，輸出800V，考慮40%的電流紋波情況下
，IGBT方案與SiC方案的損耗與結溫仿真結果如下。

可以看到在使用推薦的方案，IGBT工作於16kHz，SiC工作於32kHz時(shi)
，在(zai)典(dian)型(xing)的(de)滿(man)載(zai)工(gong)況(kuang)下(xia)，單(dan)管(guan)的(de)損(sun)耗(hao)與(yu)結(jie)溫(wen)都(dou)有(you)充(chong)足(zu)的(de)裕(yu)量(liang)。因(yin)此(ci)也(ye)可(ke)以(yi)嚐(chang)試(shi)將(jiang)開(kai)關(guan)頻(pin)率(lv)提(ti)到(dao)更(geng)高(gao)，以(yi)進(jin)一(yi)步(bu)提(ti)升(sheng)功(gong)率(lv)密(mi)度(du)。如(ru)果(guo)使(shi)用(yong)更(geng)大(da)電(dian)流(liu)能(neng)力(li)的(de)器(qi)件(jian)去(qu)減(jian)少(shao)並(bing)聯(lian)也(ye)是(shi)可(ke)以(yi)的(de)，具(ju)體(ti)還(hai)要(yao)看(kan)大(da)家(jia)自(zi)己(ji)的(de)設(she)計(ji)習(xi)慣(guan)。

以上是MPPT基本原理與英飛淩解決方案，各位在做方案選型時可以基於此去做參考。但由於不同的光伏電池板的電壓、電流範圍不同，不同設計習慣中的電流紋波也不同
，具體的案例仍然需要結合具體工況去做詳細評估。

參考文獻

【1】   光伏逆變器地電流分析與抑製. 蘇娜. 博士學位論文

【2】   DC/DC power Conversion Apparatus. T. Okuda. US Patent

(作者：花文敏 來源：英飛淩工業半導體)

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