兆易创新发布基于GD32G553的单级微型逆变器方案

随着全球“双碳”目标的推进，分布式光伏系统因其灵活部署的优势成为能源转型的重要组成部分。特别是微型逆变器，凭借其组件级最大功率点跟踪（MPPT）功能，解决了传统组串式逆变器在失配损耗与安全性方面的诸多问题，在户用及光伏建筑一体化（BIPV）场景中展现出显著价值。近期，兆易创新推出了基于高性能MCU GD32G553芯片的单级微型逆变器方案，旨在通过极简设计和高效能优势引领行业技术变革。

一、单级架构的创新突破

微型逆变器直接集成于单块或少量光伏组件背部，是将直流电转换为交流电的关键设备。其核心技术在于组件级MPPT功能，能够在组件间性能差异或局部阴影遮挡的情况下，独立优化每块组件的功率输出，从而最大化系统发电量。这种特性使得微型逆变器在户用分布式光伏系统及BIPV等对灵活性和安全性要求较高的场景中得到广泛应用。

传统的两级式架构虽然成熟，但效率较低且成本较高。相比之下，单级式架构具有更高的能量转换效率、更简洁的物料清单（BOM）以及更低的制造成本，正逐渐成为行业主流趋势。兆易创新推出的500W单级微型逆变器解决方案，采用基于GD32G5系列MCU与纳微半导体双向GaNFast氮化镓功率芯片的单级一拖一架构，充分体现了这一技术方向的核心优势。

王亚立指出，单级架构通过省去一级直流-直流变换环节，在简化电路结构的同时实现了效率提升。该架构不仅支持无功THD优化及一拖n扩展等功能，还能满足不同应用场景下的技术需求。

二、单级拓扑架构详解

单级拓扑架构主要由原边全桥电路、变压器、副边半桥电路及EMI滤波电路构成。通过原边移相控制与副边移相控制的协同作用，调节变压器漏感两端的电压，进而控制漏感电流的大小，实现高效的功率传输控制。为了满足宽电压增益和功率传输比的需求，单一调制模式难以兼顾功率传输范围与效率优化的双重目标。因此，兆易创新采用了混合调制模式，通过动态切换调制模式，在保证给定功率传输目标的同时，有效降低回流功率，并拓展软开关范围，从而满足高效率能量传输与高质量并网的要求。

三、技术实现细节

在技术实现层面，移相控制过程中容易出现丢波、连波等问题。兆易创新的GD32G553 MCU凭借高精度及高灵活性的高精度定时器（HRTIMER）外设，通过载波之间的移相计数复位及同步更新等功能，提供了完善的解决方案。同时，GD32G553 MCU具备强大的算力、灵活的PWM发波机制及丰富的模拟外设资源，能够满足单级微逆在发波、采样及环路控制中的严苛需求，确保单级微逆在复杂工况下的稳定运行。

四、全链路控制架构与系统级优化设计

在系统控制架构中，GD32G553 MCU作为核心控制单元，承担PWM生成、信号采样及环路控制等功能。副边功率转换部分采用了纳微双向BDS GaN功率器件。整个控制环路如下：首先通过MPPT算法计算出PV电压参考值，经电压环控制器实现对PV电压参考值的动态跟踪；电压环计算得到的结果，与SOGI PLL锁相环提取到的电网电压相位信息以及给定无功相角信息相结合，给前馈控制器及电流环控制器提供电流参考。最终，计算出原边移相控制量与副边移相控制量，并通过高精度定时器模块，转化为实际驱动脉冲，实现对功率电路的精准调控。

五、系统级优化成果

通过系统级优化，整个方案展现了高效率、高质量并网以及高集成度的特点：

高效率与低损耗：所有开关管均可实现ZVS，显著降低开关损耗；通过优化的混合调制策略，拓宽了软开关范围；降低回流功率和变压器电流有效值，减少了导通损耗。

高质量并网：前馈控制提高功率响应速度，加强对电网电压的跟踪效果；闭环Q-PR控制可无静差跟踪交流信号，提高并网电流质量。

高集成度与成本优化：采用单个集成电感的变压器的磁集成技术，实现了磁性元件体积的缩小，并采用双向BDS GaN来满足对交流侧双向开关的需求，进一步缩小尺寸，降低整体BOM成本。

六、产品矩阵与生态建设

兆易创新构建了覆盖全场景的MCU产品矩阵，广泛应用于光伏关断器、优化器、AI拉弧检测、储能ESS系统、BMS、逆变器、HMI通讯监控等产品应用。此外，兆易创新还与纳微半导体共建联合研发实验室，通过整合高算力MCU和高频、高效GaN技术，打造出智能、高效的数字电源产品，为客户带来更多方案选择。这不仅加速了AI数据中心、光伏逆变器、储能系统、充电桩、电动汽车等领域的布局，也为工程师们提供了更加丰富的产品选择和技术支持。如需GD32G553产品规格书、样片测试、采购、BOM配单等需求，请加客服微信：13310830171。