隨著全球“雙碳”目標(biāo)的推進(jìn)，分布式光伏系統(tǒng)因其靈活部署的優(yōu)勢(shì)成為能源轉(zhuǎn)型的重要組成部分。特別是微型逆變器，憑借其組件級(jí)最大功率點(diǎn)跟蹤（MPPT）功能，解決了傳統(tǒng)組串式逆變器在失配損耗與安全性方面的諸多問題，在戶用及光伏建筑一體化（BIPV）場(chǎng)景中展現(xiàn)出顯著價(jià)值。近期，兆易創(chuàng)新推出了基于高性能MCU GD32G553芯片的單級(jí)微型逆變器方案，旨在通過極簡(jiǎn)設(shè)計(jì)和高效能優(yōu)勢(shì)引領(lǐng)行業(yè)技術(shù)變革。

一、單級(jí)架構(gòu)的創(chuàng)新突破

微型逆變器直接集成于單塊或少量光伏組件背部，是將直流電轉(zhuǎn)換為交流電的關(guān)鍵設(shè)備。其核心技術(shù)在于組件級(jí)MPPT功能，能夠在組件間性能差異或局部陰影遮擋的情況下，獨(dú)立優(yōu)化每塊組件的功率輸出，從而最大化系統(tǒng)發(fā)電量。這種特性使得微型逆變器在戶用分布式光伏系統(tǒng)及BIPV等對(duì)靈活性和安全性要求較高的場(chǎng)景中得到廣泛應(yīng)用。

傳統(tǒng)的兩級(jí)式架構(gòu)雖然成熟，但效率較低且成本較高。相比之下，單級(jí)式架構(gòu)具有更高的能量轉(zhuǎn)換效率、更簡(jiǎn)潔的物料清單（BOM）以及更低的制造成本，正逐漸成為行業(yè)主流趨勢(shì)。兆易創(chuàng)新推出的500W單級(jí)微型逆變器解決方案，采用基于GD32G5系列MCU與納微半導(dǎo)體雙向GaNFast氮化鎵功率芯片的單級(jí)一拖一架構(gòu)，充分體現(xiàn)了這一技術(shù)方向的核心優(yōu)勢(shì)。

王亞立指出，單級(jí)架構(gòu)通過省去一級(jí)直流-直流變換環(huán)節(jié)，在簡(jiǎn)化電路結(jié)構(gòu)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了效率提升。該架構(gòu)不僅支持無(wú)功THD優(yōu)化及一拖n擴(kuò)展等功能，還能滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景下的技術(shù)需求。

二、單級(jí)拓?fù)浼軜?gòu)詳解

單級(jí)拓?fù)浼軜?gòu)主要由原邊全橋電路、變壓器、副邊半橋電路及EMI濾波電路構(gòu)成。通過原邊移相控制與副邊移相控制的協(xié)同作用，調(diào)節(jié)變壓器漏感兩端的電壓，進(jìn)而控制漏感電流的大小，實(shí)現(xiàn)高效的功率傳輸控制。為了滿足寬電壓增益和功率傳輸比的需求，單一調(diào)制模式難以兼顧功率傳輸范圍與效率優(yōu)化的雙重目標(biāo)。因此，兆易創(chuàng)新采用了混合調(diào)制模式，通過動(dòng)態(tài)切換調(diào)制模式，在保證給定功率傳輸目標(biāo)的同時(shí)，有效降低回流功率，并拓展軟開關(guān)范圍，從而滿足高效率能量傳輸與高質(zhì)量并網(wǎng)的要求。

三、技術(shù)實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)

在技術(shù)實(shí)現(xiàn)層面，移相控制過程中容易出現(xiàn)丟波、連波等問題。兆易創(chuàng)新的GD32G553 MCU憑借高精度及高靈活性的高精度定時(shí)器（HRTIMER）外設(shè)，通過載波之間的移相計(jì)數(shù)復(fù)位及同步更新等功能，提供了完善的解決方案。同時(shí)，GD32G553 MCU具備強(qiáng)大的算力、靈活的PWM發(fā)波機(jī)制及豐富的模擬外設(shè)資源，能夠滿足單級(jí)微逆在發(fā)波、采樣及環(huán)路控制中的嚴(yán)苛需求，確保單級(jí)微逆在復(fù)雜工況下的穩(wěn)定運(yùn)行。

四、全鏈路控制架構(gòu)與系統(tǒng)級(jí)優(yōu)化設(shè)計(jì)

在系統(tǒng)控制架構(gòu)中，GD32G553 MCU作為核心控制單元，承擔(dān)PWM生成、信號(hào)采樣及環(huán)路控制等功能。副邊功率轉(zhuǎn)換部分采用了納微雙向BDS GaN功率器件。整個(gè)控制環(huán)路如下：首先通過MPPT算法計(jì)算出PV電壓參考值，經(jīng)電壓環(huán)控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)PV電壓參考值的動(dòng)態(tài)跟蹤；電壓環(huán)計(jì)算得到的結(jié)果，與SOGI PLL鎖相環(huán)提取到的電網(wǎng)電壓相位信息以及給定無(wú)功相角信息相結(jié)合，給前饋控制器及電流環(huán)控制器提供電流參考。最終，計(jì)算出原邊移相控制量與副邊移相控制量，并通過高精度定時(shí)器模塊，轉(zhuǎn)化為實(shí)際驅(qū)動(dòng)脈沖，實(shí)現(xiàn)對(duì)功率電路的精準(zhǔn)調(diào)控。

五、系統(tǒng)級(jí)優(yōu)化成果

通過系統(tǒng)級(jí)優(yōu)化，整個(gè)方案展現(xiàn)了高效率、高質(zhì)量并網(wǎng)以及高集成度的特點(diǎn)：

高效率與低損耗：所有開關(guān)管均可實(shí)現(xiàn)ZVS，顯著降低開關(guān)損耗；通過優(yōu)化的混合調(diào)制策略，拓寬了軟開關(guān)范圍；降低回流功率和變壓器電流有效值，減少了導(dǎo)通損耗。

高質(zhì)量并網(wǎng)：前饋控制提高功率響應(yīng)速度，加強(qiáng)對(duì)電網(wǎng)電壓的跟蹤效果；閉環(huán)Q-PR控制可無(wú)靜差跟蹤交流信號(hào)，提高并網(wǎng)電流質(zhì)量。

高集成度與成本優(yōu)化：采用單個(gè)集成電感的變壓器的磁集成技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了磁性元件體積的縮小，并采用雙向BDS GaN來滿足對(duì)交流側(cè)雙向開關(guān)的需求，進(jìn)一步縮小尺寸，降低整體BOM成本。

六、產(chǎn)品矩陣與生態(tài)建設(shè)

兆易創(chuàng)新構(gòu)建了覆蓋全場(chǎng)景的MCU產(chǎn)品矩陣，廣泛應(yīng)用于光伏關(guān)斷器、優(yōu)化器、AI拉弧檢測(cè)、儲(chǔ)能ESS系統(tǒng)、BMS、逆變器、HMI通訊監(jiān)控等產(chǎn)品應(yīng)用。此外，兆易創(chuàng)新還與納微半導(dǎo)體共建聯(lián)合研發(fā)實(shí)驗(yàn)室，通過整合高算力MCU和高頻、高效GaN技術(shù)，打造出智能、高效的數(shù)字電源產(chǎn)品，為客戶帶來更多方案選擇。這不僅加速了AI數(shù)據(jù)中心、光伏逆變器、儲(chǔ)能系統(tǒng)、充電樁、電動(dòng)汽車等領(lǐng)域的布局，也為工程師們提供了更加豐富的產(chǎn)品選擇和技術(shù)支持。如需GD32G553產(chǎn)品規(guī)格書、樣片測(cè)試、采購(gòu)、BOM配單等需求，請(qǐng)加客服微信：13310830171。