忆速配
在"双碳"目标推动下，分布式光伏因灵活部署优势成为能源转型的重要载体。作为光伏组件直流转交流的核心设备，微型逆变器凭借组件级精准控制，有效解决传统组串式方案的失配损耗与安全问题，在户用及光伏建筑一体化（BIPV）场景中价值凸显。随着行业对高集成度、高效率及低成本的需求升级，单级式架构以极简设计与高效能优势，正引领微型逆变器技术变革。
兆易创新（603986）深耕半导体领域，根据光伏行业热点，推出了基于高性能MCU GD32G553芯片的单级微型逆变器方案。在2025 SNEC 国际光伏储能展览会上，兆易创新数字电源应用主管工程师王亚立详细解读该方案，揭示控制芯片与功率器件协同设计如何实现效率、可靠性与成本的多重突破。
在单级架构上实现创新
作为直接集成于单块或少量光伏组件背部的能量转换装置，微型逆变器的核心技术优势在于其独有的组件级最大功率点跟踪（MPPT）功能。该特性使其能够在组件间性能差异或局部阴影遮挡场景下，通过独立优化每块组件的功率输出，最大化系统发电量。目前，在户用分布式光伏系统、光伏建筑一体化（BIPV）等对灵活性和安全性要求较高的场景中得到广泛应用。
根据电路结构的不同，微型逆变器主要分为两级式和单级式两种架构。与传统两级式架构相比，单级式架构凭借其更高的能量转换效率、更简洁的BOM以及更低的制造成本，成为行业技术演进的主要方向。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，集中体现了该技术方向的核心优势。
▲单级式微逆与两级式微逆架构对比忆速配
王亚立表示，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效率提升。值得注意的是，该架构在实现微逆核心功能的基础上，同样支持无功THD优化及一拖n扩展等，满足不同应用场景下的技术需求。
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。王亚立指出，为满足微型逆变器应用中的宽电压增益和功率传输比的需求，单一的调制模式难以兼顾功率传输范围与效率优化的双重目标。而混合调制模式通过软开关及功率传输的条件，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。
在技术实现层面，移相控制过程中很容易出现丢波、连波等问题。而兆易创新 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，为上述问题提供了完善的解决方案。同时，GD32G553 MCU有着强大的算力，灵活的PWM发波机制及丰富的模拟外设资源，满足了单级微逆在发波、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。
全链路控制架构与系统级优化设计
▲兆易创新500W单级微逆控制方案
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：首先通过最大功率点跟踪（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。
控制算法在MCU实现过程中忆速配，主要由锁相环、前馈补偿、闭环控制及移相转换四部分组成，对这几个部分进行了执行时间的测试，结果表明GD32G553控制器展现出了良好的算力性能。
▲GD32G553系列MCU与纳微双向 BDS GaN 功率器件性能指标
王亚立表示，通过系统级优化，整个方案有着高效率、高质量并网以及高集成度的特点：在100kHz开关频率下，实现了97.5%的峰值效率和97%的CEC加权效率，MPPT效率为99.9%；500W条件下，THD为3.2%，PF为0.999。
首先，在高效率与低损耗方面。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；同时使用纳微BDS GaN减少开关损耗。
其次，在高质量并网方面。该方案的前馈控制能够提高功率响应速度，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。同时，通过原边副边移相控制量之间的协同调整，实现模式间无扰切换，从而平滑变压器电流及并网电流。
最后，在高集成度与成本优化方面。方案采用了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，进一步缩小了尺寸，降低方案的整体BOM成本。
打造丰富的产品矩阵
建设高质量生态圈
▲高性能GD32 MCU在数字能源领域的应用
在新能源控制领域，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。在拉弧检测、优化器、Bi DC-DC、工商储BMS等部分，兆易创新还提供了完整的方案供客户直接使用或者二次开发，能大幅减少研发周期。在功率控制方面，兆易创新分别有600Mhz高主频的GD32H7系列以及216MHz的GD32G5系列MCU供客户选择。
本方案中采用的GD32G553属于兆易创新的GD32G5系列MCU。该系列有着出色的算力，采用Arm Cortex -M33内核，主频高达216MHz，内置单精度浮点单元(FPU)，以及硬件三角函数加速器(TMU)和其他多种硬件加速单元。这些特性大幅提升了数据处理速度和复杂运算能力。同时，GD32G5系列MCU能支持最多16个Channel的高精度PWM输出，分辨率高达145ps。可支持变占空比、变频、移相等发波方式。
除了算力及发波控制方面的优势以外，GD32G553还支持4个12位ADC模块，采样速率高达5.3MSPS，最多可支持高达42个采样通道，能够高效地采集和处理多种传感器的信号。同时，GD32G553配备了8个CMP(片上比较器)，具有快速响应及灵活配置等特点，其输出信号可以内部直连至HRTIMER中，实现对PWM的封锁或切换。
除了打造表现优异的产品外，兆易创新还加强生态建设。兆易创新与纳微半导体共建联合研发实验室通过将兆易创新高算力MCU和纳微半导体的高频、高效GaN技术进行整合，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。同时，配合兆易创新的全产业链的生态与纳微对系统应用的深刻理解，加速在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。
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