使用合适的MOSFET可以提高太阳能利用效率

1.前言

在过去的 10-30 年里，气候变化一直是一个备受争议的话题，引发了关于哪些类型的法规是必要的政治讨论。从短期来看，开发更环保的基础设施，摆脱化石燃料等相对廉价的能源，成本要高得多。

政府补贴旨在鼓励可再生能源技术的发展。这些补贴使从事可再生技术的公司能够与控制大部分市场的传统能源公司保持竞争力。它们允许政府通过私营公司帮助激发环境变化，以帮助后代，同时限制对传统能源的监管或税收。太阳能是可以颠覆传统能源市场的可再生技术的一个很好的例子。

太阳能电池板捕获太阳能并将其转换为直流能量。来自面板的直流电必须转换或升压到更高的电压，然后通过逆变器转换为交流电。一旦转换为交流电，电力可以供家庭、建筑物、工厂等使用，或直接输送到电网。

要使太阳能成为一项有价值的投资，太阳能电池板必须非常有效地将太阳能转化为可用电力。为此，公司设计了一些设备来帮助最大限度地利用太阳能电池板收集的能量：太阳能优化器和微型逆变器。安装在每个太阳能电池板上的太阳能功率优化器用于在直流能量被发送到中央逆变器转换为交流能量之前对其进行调节。与太阳能功率优化器一样，微型逆变器也放置在每个太阳能电池板上，但它们直接在太阳能电池板上将直流能量转换为交流能量。尽管这些技术不同，但它们具有相同的目标：提高单个太阳能电池板的性能，以帮助提高整个系统的能源产量。

2、MOSFET在逆变器中的作用

这和半导体有什么关系？设计和布局中的最小决策可能会影响微型逆变器和太阳能优化器的效率。这些小而重要的决定之一是围绕金属氧化物半导体场效应晶体管 (MOSFET)。参见图 1。

图 1：太阳能电源框图  

图 1 所示的太阳能优化器显示了 MOSFET 的工作，即调节太阳能电池板光伏电池 (PV+/PV-) 的电压，然后将其发送到中央逆变器 (String+/String-) 以完成直流/AC 转换。这些 MOSFET 需要能够在 DC/DC 转换期间达到高电压，因此需要栅极驱动器，因为 FET 不能由微控制器直接驱动。

TI 的 120 V、3.5 A、UCC27282栅极驱动器非常适合这种情况。3mm×3mm 栅极驱动器设计用于驱动高侧、低侧配置中的两个 N 沟道 MOSFET。由于 MOSFET 处于 H 桥配置，UCC27282 可以快速切换相应的栅极，用于将较低电压转换为高电压。

太阳能优化器还受益于 UCC27282 内置的安全功能。欠压锁定 (UVLO) 是一种保护功能，可在有足够的电源电压来开启外部 MOSFET 之前禁止每个输出。UCC27282 具有 5 V UVLO，这是目前所有 TI 半桥栅极驱动器中最低的。当尚未建立足够的电压且直流电源电压 (V DD ) 未超过 UVLO 阈值时，这在启动期间很有帮助。

如果没有 UVLO，MOSFET 可能会在电压不足的情况下开启，这可能会损坏 FET 和整个系统。如果 FET 没有完全开启，器件在传导过程中将具有高电阻，并将以热量的形式耗散功率。此外，MOSFET 可能会被驱动到未知状态，此时 FET 可能不会在需要时切换，从而导致系统无法按预期运行。UCC27282 的 UVLO 为 5V，是所有电流半桥栅极驱动器中最低的。

5 V UVLO 的另一个优点是它可以使用较低的 V DD，这有助于提高效率，因为它降低了开关损耗。较低的 V DD还为优化总 MOSFET 损耗提供了更大的灵活性。

由于太阳能应用中 MOSFET 的频繁开关，可以在栅极驱动器的输入级感受到开关噪声。如果发生这种情况，输入信号的完整性可能会被破坏，导致两个输入同时处于高电平。UCC27282 的输入互锁，也称为交叉传导保护，可防止输入端的这种错误反映在输出端并导致功率级损坏。

有助于提高太阳能优化器效率的最后一个性能特性是启用/禁用引脚。功率优化器对每个单独的模块使用最大功率点跟踪，以确保在理想的功率收集范围内执行 DC/DC 转换。一旦超出理想的功率收集范围，DC/DC 转换就不需要 UCC27282，它的使能功能可用于减少静态（待机）电流损耗。

在太阳能领域，效率的最小提高是难以实现的。设计中一些最小的设备的最细微的变化都会产生很大的不同。虽然效率提高几个百分点似乎无关紧要，但它们是从传统化石燃料能源中获得市场份额所必需的。可再生能源取得的任何收益都有助于创造一个更清洁的社会，造福子孙后代。