【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MPPT也ye是shi壓ya榨zha太tai陽yang能neng利li用yong率lv的de重zhong要yao環huan節jie。一yi般ban情qing況kuang下xia
，光guang照zhao強qiang度du越yue大da，光guang伏fu電dian池chi板ban能neng夠gou輸shu出chu的de功gong率lv也ye越yue大da。下xia圖tu是shi一yi定ding光guang照zhao強qiang度du下xia電dian池chi板ban的de輸shu出chu特te性xing曲qu線xian，可ke以yi發fa現xian存cun在zai某mou個ge點dian的de輸shu出chu功gong率lv最zui大da（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(tu)7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：

從cong這zhe裏li我wo們men可ke以yi看kan到dao排pai除chu掉diao元yuan器qi件jian差cha異yi後hou，同tong樣yang的de拓tuo撲pu下xia共gong模mo漏lou電dian流liu的de值zhi正zheng比bi於yu正zheng負fu母mu線xian的de共gong模mo電dian壓ya大da小xiao。為wei了le便bian於yu大da家jia更geng直zhi觀guan的de理li解jie
，這zhe裏li不bu再zai進jin行xing複fu雜za的de傅fu裏li葉ye分fen解jie，而er是shi使shi用yong兩liang張zhang圖tu來lai對dui比bi。圖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 Boost不bu存cun在zai共gong模mo漏lou電dian流liu的de問wen題ti，兩liang顆ke主zhu動dong管guan可ke以yi交jiao錯cuo開kai關guan，提ti高gao等deng效xiao的de開kai關guan頻pin率lv
，因yin此ci同tong樣yang的de電dian流liu紋wen波bo與yu開kai關guan頻pin率lv下xia，電dian感gan值zhi可ke以yi是shi原yuan先xian的de一yi半ban。但dan是shiFC 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32kHzshi，zaidianxingdemanzaigongkuangxia，danguandesunhaoyujiewendouyouchongzudeyuliang。yinciyekeyichangshijiangkaiguanpinlvtidaogenggao，yijinyibutishenggonglvmidu。ruguoshiyonggengdadianliunenglideqijianqujianshaobinglianyeshikeyide，jutihaiyaokandajiazijideshejixiguan。

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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