圖2顯示的是一對與簡介中所述類似的太陽能PV逆變器。它們接到與電網相連的電源總線，可以單獨地進行測量和開關。每個太陽能電池板均連接到其DC/DC升壓電路，然后連接到DC/AC逆變器。(使用時，儲能電池的連接和開關均受控制。為了簡便起見，本文忽略了關于儲能的所有討論內容。)

　　圖2. 太陽能PV系統示例

　　A 數字信號處理器負責控制該過程。AD7401A隔離式ADC測量約為25 A的交流輸出電流。太陽能PV逆變器系統可能在輸出端連接有隔離變壓器，也可能沒有。如果為節省成本而省略該變壓器，太陽能PV逆變器還必須測量輸出電流的任何直流成分。該“直流注入”存在與否及其幅度是一個關鍵問題，因為如果注入電網的直流電流過多，則可能導致其路徑上的所有變壓器發生飽和。該值必須限制在很低的微安范圍內;因此，AD7401A必須測量25 A左右的交流電流和毫安范圍內的低直流電流。

　　AD7401A iCoupler隔離式Σ-?調制器ADC對分流電阻上的電壓進行連續采樣，如圖3所示。其輸出為1位數據流，該數據流會被隔離并直接饋入DSP。輸出流中1的密度代表輸入幅度，可利用DSP中實現的數字濾波器來重構。

　　圖3. 隔離式AD7401A ADC

　　太陽能PV逆變器系統中需要隔離，主要原因是交流電網上的高電壓。即使是在單相系統中，交流電壓也可能高達380 V。AD7401A的隔離能力能夠處理高達561 V的雙極性電壓，因此非常適合該應用。采用AD7401A的主要優勢之一是其小型封裝允許ADC非常靠近實際的交流分流電阻，而DSP可能相距較遠，甚至可能位于系統的其它電路板上。這可以提高測量和控制系統中的數據精度和可靠性。ADC輸出數據通過單個位流以串行方式發送至DSP，其中時鐘速率為16 MHz并由DSP提供。

　　這個系統可以測量高達25 A的交流電流和較低微安范圍內的直流注入。圖4展示的是AD7401A SMS太陽能模塊的失調和線性誤差。這表明整個溫度范圍內分流電阻上的失調電流范圍為±20 mA。因此，該模塊可以利用單個解決方案測量低至20 mA的直流注入以及25 A(或以上)的系統電流。電流變壓器及其它類型的測量系統可能需要兩個器件，一個用于測量較大的交流電流(25 A左右)，一個用于測量較小的直流電流(300 mA左右)。這是顯示iCoupler技術如何降低智能電網整合成本的一個例子。

　　為將分流電阻上的功率損耗(以及因自熱效應而導致的熱誤差)降至最小，其電阻值必須盡可能小，典型值為1 mΩ。Σ-?型轉換器的極高分辨率使得可將分流電阻損耗保持在與傳統磁換能器解決方案同等水平，同時提高精度并降低失調，如圖4所示。

　　圖4. AD7401A SMS太陽能模塊的失調和線性度

　　a. 失調與溫度的關系b. 誤差與輸出電流的關系

　　雖然滿量程精度非常好，但器件線性度的真正考驗在于其絕對誤差，尤其是低電平范圍內。絕對誤差是指與其值范圍內測量相關的誤差，而不只是滿量程時的誤差。有些電流變壓器是按0.1%滿量程范圍來規定器件規格。雖然這看起來不錯，但可能無法說明完整情況。

　　根據圖4所示的數據，利用AD7401A測量電流時的絕對誤差在整個范圍內都相當小，這表明太陽能PV逆變器的輸出波形具有低非線性度和更少的諧波失真。在與電網集成時，這樣有助于降低諧波失真，這也是該新技術如何提高性能的另一個例子。

　　隔離式柵極驅動器

　　對于給定太陽能輸入，太陽能PV逆變器的效率越高，其每年發電量就越多，因而太陽能電廠的投資回報率也就越高。由于其成本較低，目前趨勢是使用無變壓器型電氣系統來饋入公用電網。由于逆變器的效率水平相當高，因此需要更加注意其測量和控制電子設備的內部隔離，即逆變器MOSFET和/或柵極驅動器的電源部分和低壓電路之間需要進行隔離。

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　　圖5. 太陽能PV逆變器的H橋電路示例

　　圖5所示為典型太陽能PV逆變器中DC/AC轉換器的一種可能的H橋配置實現方法。對于當今市場上的新型SiC型JFETS，該電路的直流鏈路電壓范圍為300 V至1000 V。H橋的電流輸出波形由電感和電容進行濾波。輸出繼電器將經過濾波的輸出以受控方式連接到電網。在高壓環境中，需要使用柵極驅動器來驅動MOSFET的柵極和源極——太陽能PV逆變器中又一個需要隔離的場合。

　　舉例來說，圖6所示的ADuM4223就是一款具有兩個獨立隔離通道的4 A隔離式、雙通道柵極驅動器。其最大傳播延遲為60 ns，共模瞬變抗擾度大于100 kV/μs(最大值)。該器件符合DIN VDE0110、DIN VDE 088410和UL1577等多種標準的相關部分要求，如數據手冊中所述。

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　　圖6. ADuM4223柵極驅動器

　　下面是ADuM4223的一些最重要的隔離參數：

　　? 最大連續工作電壓

　　? 交流單極性和直流電壓：1131 V

　　? 交流雙極性電壓：565 V

　　? 浪涌隔離電壓：6 kV

　　? 額定電介質隔離電壓：5 kV

　　該器件在單個封裝中有兩個通道，分別用于高端和低端MOSFET。通過在單個封裝內集成這兩個通道，不僅可以節省成本，而且還可以節省PCB空間。

　　使用傳統光耦合器時，要么需要一個隔離式柵極上具有電平轉換功能的光耦合器，要么可能需要兩個光耦合器。

　　太陽能PV逆變器的另一個重要問題是需要具有高共模瞬態抗擾度，以確保系統中的任何大瞬態 (dV/dt)不能以容性耦合或其他方式跨越隔離柵，因為這可能會使高端和低端MOSFET同時(突發)打開。ADuM4223具有高共模瞬變抗擾度：>100 kV/μs(最大值)，這是該創新技術如何提高系統安全性的另一個例子。

　　結論

　　電流隔離是實施智能電網來整合大量太陽能光伏逆變器時所需測量和控制系統的一項重要要求。ADI公司的隔離式ADC能夠利用單個解決方案測量大電流和直流注入電流，有助于構建高效而緊湊的智能電網整合電路。ADI公司的隔離式柵極驅動器具有良好的共模瞬變抗擾度特性，有助于確保這些新型PV逆變器系統的安全性和可靠性。

　　新技術是促成智能電網整合和綠色能源安全高效生產的主要因素——在穩定電網和提高電網系統上所有工作人員的安全性方面扮演著重要角色。本文所述隔離產品是ADI公司針對工業測量和控制的豐富創新產品中當前和未來設計的突出例子。