Single-phase voltage source transformerless inverters have been developed for many years and have been successful commercial applications in the distributed photovoltaic (PV) grid-connected systems. Moreover, many advanced industrial topologies and recent innovations have been published in the last few years. The objective of this paper is to classify and review these recent contributions to establish the present state of the art and trends of the transformerless inverters. This can provide a comprehensive and insightful overview of this technology. First, the generation mechanism of leakage current is investigated to divide the transformerless inverters into asymmetrical inductor-based and symmetrical inductor-based groups. Then, the concepts of dc-based and ac-based decoupling networks are proposed to not only cover the published symmetrical inductor-based topologies but also offer an innovative strategy to derive advanced inverters. Furthermore, the transformation principle between the dc-based and ac-based topologies is explored to make a clear picture on the general law and framework for the recent advances and future trend in this area. Finally, a family of clamped highly efficient and reliable inverter concept transformerless inverters is derived and tested to offer some excellent candidates for next-generation high-efficiency and cost-effective PV grid-tie inverters.

A grid-connected photovoltaic (PV) power system with high voltage gain is proposed, and the steady-state model analysis and the control strategy of the system are presented in this paper. For a typical PV array, the output voltage is relatively low, and a high voltage gain is obligatory to realize the grid-connected function. The proposed PV system employs a ZVT-interleaved boost converter with winding-coupled inductors and active-clamp circuits as the first power-processing stage, which can boost a low voltage of the PV array up to a high dc-bus voltage. Accordingly, an accurate steady-state model is obtained and verified by the simulation and experimental results, and a full-bridge inverter with bidirectional power flow is used as the second power-processing stage, which can stabilize the dc-bus voltage and shape the output current. Two compensation units are added to perform in the system control loops to achieve the low total harmonic distortion and fast dynamic response of the output current. Furthermore, a simple maximum-power-point-tracking method based on power balance is applied in the PV system to reduce the system complexity and cost with a high performance. At last, a 2-kW prototype has been built and tested to verify the theoretical analysis of the paper.

Thermo-sensitive electrical parameter (TSEP) approaches are widely employed in the junction temperature extraction and prediction of power semiconductor devices. In this paper, the turn-off delay time is explored as an indicator of a TSEP to extract the junction temperature from high-power insulated gate bipolar transistor (IGBT) modules. The parasitic inductor L eE between the Kelvin and power emitter terminals of an IGBT module is utilized to extract the turn-off delay time. Furthermore, the monotonic dependence between the junction temperature and turn-off delay time is investigated. The beginning and end point of the turn-off delay time can be determined by monitoring the induced voltage v eE across the inductor L eE . A dynamic switching characteristic test platform for high-power IGBT modules is used to experimentally verify the theoretical analysis. The experimental results show that the dependency between IGBT junction temperature and turn-off delay time is near linear. It is established that the turn-off delay time is a viable TSEP with good linearity, fixed sensitivity, and offers nondestruction on-line IGBT junction temperature extraction.