微功率光伏逆变器集成化平面化高频磁技术研究

With the development trends of high switching frequency ,high power density and low profile, the photovoltaic micro-inverter(PVMI) are challenged with lower efficiency and thermal design difficulty increased rapidly. According to the trends and the bottleneck challenges, combined with the advantages of integrated magnetics that can effectively improve the converter power density, while reduce loss, and planar magnetics that has lower thermal resistance and good process consistency, the two new views about integration and planarizartion on the high-frequency power magnetics are proposed to solve the unique problems of PVMI. The main research topics include: researching high-frequency power magnetics integration, analysis and design theory; planar integrated magnetics winding loss mechanism modeling, analysis and conservation technology; modeling the electric model of integrated magnetic considered the stray parameters ,also calculating and measuring the parameters; researching on the tolerance sensitivity about the integrated magnetics and process parameters control based on the sensitivity . These achievements not only promote the development of PVMI technology and utilization of solar energy, but also rich the connotation and theory about magnetic integration technology and planar magnetic technology, to fill the lack of its researchs and applications in the DC/AC inverter.

微功率光伏逆变器（PVMI）高开关频率、高功率密度、低截面高度的发展趋势很明显，进一步发展面临效率降低、热设计难度急剧增大的瓶颈制约。针对PVMI的发展趋势和面临的瓶颈制约，结合集成化磁件可以有效提高变换器功率密度、降低损耗，平面化磁件热阻低、工艺一致性好等技术优势，本课题提出从集成化和平面化高频功率磁技术的这两个新角度，研究PVMI面临的独特新问题的解决方法。研究主要内容包括：高频功率磁件的集成、分析和磁功能集成的设计理论；平面集成磁件线圈损耗机理分析、建模与降耗技术研究；考虑了杂散参数的集成磁件电气模型建模与模型参数计算和测量；集成磁件容差敏感度研究及基于容差敏感度的工艺结构参数控制。研究成果不仅促进PVMI技术发展和太阳能利用，更丰富集成磁技术和平面磁技术的内涵和理论，填补其在DC/AC逆变器领域研究和应用的缺失。

微功率光伏逆变器（PVMI）高开关频率、高功率密度、低截面高度的发展趋势明显，进一步发展面临效率降低、热设计难度急剧增大的瓶颈制约。针对PVMI 的发展趋势和面临的瓶颈制约，结合集成化磁件可以有效提高变换器功率密度、降低损耗，平面化磁件热阻低、工艺一致性好等技术优势，提出采用集成化和平面化高频功率磁技术解决PVMI面临的问题。研究主要内容包括：高频功率磁件的集成和设计理论；平面集成磁件线圈损耗机理分析、建模与降耗技术；考虑了杂散参数的集成磁件电气模型建模；集成磁件容差敏感度研究及考虑了容差敏感度的集成机构。.研究时，把磁件集成分为电感与电感集成（包括了高频滤波器电感功能的集成），以及变压器与电感器的集成两类，再结合典型微型逆变器电路拓扑开展研究。提出的采用集成磁和平面磁技术的交错反激微功率光伏逆变器有效提高了效率，降低了磁件温升和热点，并降低了输入电流纹波，和并网电流THD，提高了功率密度，以及工艺一致性，具有好的容差敏感度。提出的能适应宽范围光伏电池板输入电压的两级功率变换的高效微功率光伏逆变器电路拓扑、控制方法，以及电路拓扑中变压器和电感器的磁集成技术，逆变器样机工作电压范围宽，效率和功率密度高（峰值效率达95.5%，尺寸长195mm*宽125mm*高33mm），综合性能指标优。研究成果丰富了集成磁技术和平面磁技术的内涵和理论，可以促进PVMI 技术发展和太阳能利用，基本达到预期研究目标。项目申请3项国家发明专利（其中获授权2项），发表论文8篇，培养博士后1人，硕士研究生6人。研究期间，项目负责人入选2013年福建省高校杰出青年科研人才培育计划，和获得2015年福州大学杰出青年教师励志奖。