非隔離型單相併網逆變器由於其體積小效率高等特點廣泛應用於小功率光伏發電系統（2-10kW），但由於併網系統不含變壓器且光伏電池板等對地存在多處分布電容，功率器件在高頻開關時，在光伏電池板、逆變器、電網間形成共模電流。
非隔離型併網逆變器共模電流迴路示意
為了保證人員和設備安全，對地漏電流必須要抑制在一定幅值範圍，常見的兩種優化策略為：
1.採用相應的調製策略，使得逆變器交流AC埠輸出的共模電壓(VAN+VBN)/2為恆值。
2.直流側或交流測解耦，電流在逆變器和電網之間環流時，切斷光伏電池與電網的連接以使得逆變器輸出共模電壓基本保持不變。
對於H橋拓撲，採用雙極性PWM調製時，不同開關模態時共模電壓穩定在VDC/2。這樣就滿足上述對策一，可以很好抑制共模電流，但由於T1-T4在一個工頻周期內均為高頻工作，開關損耗較大，且由於輸出PWM電壓幅值在-VDC和+VDC之間跳變，相較單極性PWM調製時，所需的濾波電感感值也會更大。
為了兼顧效率與共模電流的抑制，一般採用對策二，幾種改進型的單相併網拓撲被提出。H5拓撲只增加一個功率器件（圖1），可實現輸出共模電壓的相對穩定，但效率一般，T5在整個工頻周期內高頻動作，發熱較多。H6電路增加四個功率器件（圖2），其中包含兩個續流二極體，可抑制共模電流問題，效率不錯，但增加器件成本較多。Heribert Schmidt等學者提出了Heric拓撲（圖三）。
1 Heric電路原理
Heric電路只增加兩個功率器件T5/D5與T6/D6，濾波電感續流時，T5/D5與T6/D6提供雙向電流通路，從交流測斷開光伏電池板與電網的連接，可控制輸出共模電壓相對穩定，且效率相較H5，H6拓撲更高，被廣泛應用。對於Heric電路，功率因數為1時，T5與T6以工頻開關動作，正半周期，T1與T4高頻開關，關斷時通過T6與D5續流，負半周期同理，T2,T3與T5,D6換流。整個開關模態，逆變器AC埠共模電壓Vcn輸出情況如下表，基本穩定在VDC/2。
圖4 650V H7產品特性
在單相戶用光伏逆變器應用中，小體積低噪音通常是產品賣點之一，這既可降低設備安裝要求，也可在運行期間減少對客戶的環境干擾，因此較高開關頻率是功率半導體器件需求之一，另外更高的效率，更好的可靠性也是此場景中產品所需具備的重要特性，這可為客戶帶來長期穩定的經濟效益，另外單相光伏應用中，電網電壓通常為220/230VAC，逆變器的母線電壓在350-400VDC左右，綜上，高效高速的650V IGBT非常適用於該應用。英飛凌新一代650V TRENCHSTOP™ IGBT7 H7產品採用最新微溝槽柵技術，在圖四的條件中，整體損耗相較前代可減少39%，同時配備全電流的新一代發射極控制的EC7續流二極體，反向恢復特性更軟，帶來更好的EMI表現。
此外，650V TRENCHSTOP™ IGBT7 H7具有出色的防潮性能，可在惡劣環境中可靠運行。該器件通過了JEDEC 47/20/22的相關測試，特別是HV-H3TRB，符合工業應用標準，非常適合戶用單相光儲逆變器的戶外應用。650V H7系列產品電流等級為40A-150A，提供四種不同類型的封裝。
圖5 650V H7產品目錄
針對5kW/8kW/10kW這三個功率等級的Heric單相光伏逆變器進行仿真，條件如下：
對於5kW Heric光伏逆變器，可選用IKWH40N65EH7，DC-AC級轉換效率可達98.5%，最高結溫不到120℃，實際應用中可嘗試進一步提高開關頻率以提升功率密度。
圖6 單相光伏逆變器產品選型工具
參考閱讀
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