【回归初心】光伏并网微型逆变器拆解

只看该作者 · 2018-11-10 20:06

本帖最后由 nanfangyou 于 2018-12-19 09:20 编辑

对于拆解东西，这是小时候就喜欢干的事儿，没想到现在拆解还能发帖分享给大家围观，感觉很有意思。看到二姨举办此活动，忍不住手痒，也过来参与一下。如果有描述不当，或则错误的地方，请批评指正。

在实验室找到的国内某光伏并网微型逆变器，打开看看内部构造，可能拆解部分比较简单，就是把壳子打开，导热胶去掉，然后就是逆变器的电路板，主要是分析电路板的模块。如有可能，再补充一些我对微逆的拓扑结构的理解。

另外，为了避免广告行为，将逆变器厂商相关信息做了隐藏。

1.先看看这个微逆的外观。壳子前后都是合金的金属壳体，这样利于PCB板子内部往外散热，整体也坚固耐用。

这个微逆的主要参数如下：

最大输入电压：55VDC                输出电压：220VAC
MPPT电压范围：22V~45VDC 最大输出电流：2.39A
最大输入电流：12Ax2                输出频率：50Hz
最大持续输出功率：550W          防护等级：IP67
峰值输出功率: 600W                功率因数：>0.99

防水等级达到IP67，算是比较高的了，直流侧和交流端的接线头也是防水接头：

2.拧开后壳螺丝，打开微逆内部是这样子的，并没有将整个逆变器内部灌满胶，而是灌了一部分胶，容易发热的反激逆变器等元器件用导热胶直接与壳体连接，避免将热量散到PCB上，这样也防止了其他元器件被这些热量干扰导致元器件电气特性发生变化。

3.看下板子的正面，主要是直流输入端的电解电容，用于解耦和滤波作用；两路交错并联的反激变换器；全桥逆变电路（H桥）；两级LC滤波电路；逆变器监测电路（发电量等信息）；最后就是直接并入电网了。大体模块已经在图中标注。
正面：主要元器件都在正面，尤其是功率器件

背面：主要是反激MOS管和整流二极管等

整个PCB采用的是4层板，板子拿着很有质感，由于反激变压器数量较多，拿着还挺重的，PCB看着做的也比较好。

4.接下来逐一分析各个模块的结构，以及选用的元器件：
①电解电容：主要是用于滤波以及解耦，电解电容寿命有限，这也是限制光伏逆变器整体寿命的原因之一。这个板子用的是4个并联的电解电容。

电容上的容值和耐压值如下图所示：

②交错并联反激变换器：采用交错并联反激变换器，是由于电压不变的情况下，因为是并联，交错并联后变压器电流值翻倍，可以提升整体的功率，这是当前微逆最流行的拓扑结构。

反激变压器的开关管采用的MOS管是两个并联方式，是因为输入端的直流电流值很大，这样可以将电流分流并且降低温升。反激变压器的MOS管型号为190N75NS，而且MOS管的栅源极的铜皮面积也很大，有利于散热。反激变压器的匝比看大多数论文血的都是1:6，这个变压器没拆解下来，具体匝数比不清晰。反激变压器初级电感的电感量是10uH左右，次级电感的电感量是0.53mH左右。整流二极管的型号是G2S12002C。

③全桥逆变电路：通过反激变换器的整流二极管后，这个全桥电路就起到了逆变的作用，其实准确的说，应该是反转电路，因为反激变压器输出的是馒头波（其包络线是正弦半波），此全桥用50Hz的工频即可将正弦半波反转为正弦交流电。全桥逆变器电路的MOG管型号为65F6150。

从FPGA发出来的50Hz的PWM驱动波形，送往PWM驱动器，用以驱动全桥电路。这两路PWM波是带死区互补的。H桥MOS管的PWM驱动器是TI的UCC21520A。

④LC滤波电路：全桥电路输出的波形并不能直接并入电网，其电压波形是正弦波，电流波形却含有极高的谐波。因此还需要经过LC滤波才能变成平滑的正弦波，通过两级滤波后，即可变成平滑的正弦波并入大电网中。

⑤监测电路：由于光伏逆变器是安装在户外的，为了能方便知道实时的发电情况，在输出端安装一个监控装置是必要的，主要检测内容是：发电量、温度、故障、电压等信息，这个逆变器采用的是ZigBee方式。

⑥主控芯片：观察此逆变器，只有一个主控制器，采用的是FPGA，FPGA为LATTICE公司的LATTICE lte3-35ea 6ftn256c，对于FPGA不太了解。看到其他微逆都是用DSP控制的。

5.还有两个不太懂的地方，就是全桥电路后边的两个变压器，准确的说看着像是变压器（和反激变压器特别的像），测量一下发现是在L和N之间的电感，这点很费解，没想通。此变压器的线圈电感量为78uH。

然后就是这两个变压器后的两个元器件，看着像是电流互感器，猜测可能是检测L和N上的电流的。才疏学浅，对此没看明白咋回事。

6.对于整个光伏并网微型逆变器的拆解，以及逆变器电路板的介绍大致如此。文中还有很多东西没有讲解清晰，周末慢慢补充更新。
我看时间还有二十多天才会结束，那我抽空会对当前这种反激拓扑的光伏并网逆变器工作原理以及波形做个大致分析介绍，毕竟这块算是新型的产业，微逆在光伏市场的占有率也有限，让更多感兴趣的人对此有更多的了解吧。
小生不才，机缘巧合进入了光伏的行业，有幸与诸位坛友交流学习，实在是荣幸，还请各位指点，感激不尽！
注意：划重点来了！

下图是该逆变器的拓扑结构，看到其中的标注，以及构造，一目了然。
输入级是光伏电池板，然后是解耦电容，讲直流电能送给交错并联的反激变换器，
然后经过整流二极管后变成含有高频谐波的直流电，再送往全桥逆变器，
通工频逆变后再给两级LC滤波器进行滤波，即可得到与电网同频同相的正弦波。