一種實用型戶用光伏逆變器的設(shè)計

摘 要:本文介紹一種實用型高頻升壓光伏離網(wǎng)戶用逆變系統(tǒng)的設(shè)計。它基于微芯科技公司的dsPIC30F2010芯片為控制電路，采用MOS-FET器件為逆變主器件，控制采用SPWM技術(shù)。

關(guān)鍵詞:dsPIC30F2010 高頻 SPWM PV 逆變器

中圖分類號:TM4文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2012)07(b)-0022-01

Abstract:This text introduction a kind of PV System.It is a control electric circuit base on the dsPIC30F2010 chip，and control system adoption SPWM technique.

Key Wolds:dsPIC30F2010 High-frequency SPWM PV Inverter

隨著經(jīng)濟建設(shè)的發(fā)展，世界能源顯得日益緊張，光伏發(fā)電顯示出了它的優(yōu)越性及環(huán)保性。在我國，近幾年光伏發(fā)電事業(yè)迅速發(fā)展起來，戶用光伏系統(tǒng)也迅速發(fā)展起來。隨著人們生活水平的提高，戶用光伏電源已經(jīng)不僅僅局限于照明，交流電源將成為未來光伏電源的主流。

目前市場上的逆變器存在體積大、逆變效率低等不足，不適用于光伏逆變系統(tǒng)。本設(shè)計克服了系統(tǒng)體積大等缺點，控制部分采用微機控制，有效提高了逆變效率，采用PI反饋控制，減小了波形失真率，穩(wěn)定了輸出電壓。

1 硬件電路構(gòu)成

硬件電路主要包括高頻DC-DC升壓電路、高頻變壓器、整流橋、高頻逆變電路和相應(yīng)的LC濾波電路構(gòu)成，子電路分別為輔助電源，DC-DC升壓控制電路和SPWM控制電路。

(1)DC-DC高頻升壓環(huán)節(jié)設(shè)計

對于中小功率的戶用光伏系統(tǒng)來說，光伏陣列電壓大都是低壓，基于成本和體積的考慮，本逆變電路的升壓部分選擇推挽電路，控制電路采用脈寬調(diào)制專用集成芯片SG3525，實現(xiàn)交流電壓的負反饋控制。SG3525還具有軟起動功能和實時封鎖輸出的功能。

推挽正激電路由功率管Q1、Q2，電容Cs和變壓器T組成。來自蓄電池的直流電經(jīng)過高頻升壓開關(guān)電源及整流后升為360V左右的高壓直流電，再經(jīng)過SPWM逆變電路將其逆變成220V、50Hz的交流正弦波電壓輸出，輸出的交流電通過調(diào)節(jié)SG3525的占空比實現(xiàn)其穩(wěn)壓。而dsPIC30F2010在產(chǎn)生SPWM逆變的調(diào)制信號的同時，實現(xiàn)對蓄電實現(xiàn)監(jiān)控。

經(jīng)過理論分析，推挽正激電路是一個二階系統(tǒng)，因此閉環(huán)控制簡單，同時輸出濾波電感和電容大大減小。

(2)DC-AC逆變環(huán)節(jié)設(shè)計

戶用光伏逆變系統(tǒng)主要為家用電器供電，該設(shè)計采用全橋雙相逆變結(jié)構(gòu)。控制方式采用SPWM調(diào)制技術(shù)，Microchip公司的dsPIC30F2010數(shù)字信號控制器具有DSP功能，同時具有單片機的體積和價格，本系統(tǒng)采用此芯片作為控制器。該處理器采用哈佛架構(gòu)，片內(nèi)含有MCPWM電機專用PWM控制器。其主要特點有:A/D采樣速度快且多通道可以同時采樣，6個獨立/互補/中心對齊/邊沿對齊的PWM，2個可變成的死區(qū)，在噪聲環(huán)境下5V電源可正常工作，最低工作電壓3V，A/D采樣和PWM同期同步。

驅(qū)動電路選用IR公司的驅(qū)動專用集成芯片IR2110，IR2110具有獨立的低端和高端輸入通道;懸浮電源采用自舉電路，功耗低;輸出的電源端(腳3Vcc，即功率器件的柵極驅(qū)動電壓)電壓范圍10～20V;邏輯電源電壓范圍(腳9VDD)3.3～20V，可方便地與TTL或CMOS電平相匹配，而且邏輯電源地和功率地之間允許有±5V的偏移量;工作頻率高，可達100kHz;開通、關(guān)斷延遲小，分別為120ns和94ns;圖騰柱輸出峰值電流為2A;兼有光耦隔離和電磁隔離的優(yōu)點。SPWM信號使用DSPIC30F2010芯片MCPWM中PWM1L(26Pin)、PWM1H(25Pin)、PWM2L(24Pin)、PWM2H(23Pin)來實現(xiàn)。

2 系統(tǒng)軟件編制

產(chǎn)生正弦波形最簡便的方法就是使用查找表，也可以按預(yù)定算法實時計算單相SPWM波形數(shù)據(jù)，但這樣做不劃算，本設(shè)計使用一個包含正弦波所有點的查找表，每經(jīng)過一個周期性的間隔從表中讀出正弦值，將該值進行換算使之符合所允許的占空比范圍，然后將它寫入占空比寄存器。對于數(shù)據(jù)表的大小要統(tǒng)籌考慮，太小將導(dǎo)致“階梯”效應(yīng)，導(dǎo)致失真度增大;太大會消耗過多MCU存儲空間。本設(shè)計表中值個數(shù)，程序中設(shè)置256個值的正弦表。為了使逆變器安全可靠地工作，逆變器還設(shè)置了過流、過壓、短路、過載等保護功能，所有保護信號均通過一組中斷邏輯送至2010的INT端，只要任何一路保護起作用，都將封鎖波形發(fā)生器輸出，禁止PWM波的產(chǎn)生。

3 樣機試驗結(jié)果

按本設(shè)計的SPWM逆變器方案試制了樣機，其額定輸出功率為500VA，濾波器參數(shù)取L=0．7mH，C=5F，濾波效果較好，樣機輸出電壓波形。

帶純負載測試結(jié)果如下:波形失真度THD≤5%，輸出電壓220V±5%，輸出頻率50±1Hz，效率≥87%。試驗結(jié)果表明該逆變器設(shè)計可行，具有較高的逆變效率，高于《家用太陽能光伏電源系統(tǒng)執(zhí)行標準》的要求。

4 結(jié)論

本系統(tǒng)DC-DC環(huán)節(jié)采用的推挽正激式電路在性能、經(jīng)濟等方面優(yōu)于傳統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)，非常適用于光伏逆變電源。DC-AC環(huán)節(jié)采用IR2110驅(qū)動模塊大大簡化了電路，提高了系統(tǒng)的可靠性。控制策略上增加了各種保護，提高了系統(tǒng)可靠性，同時本系統(tǒng)還采用了數(shù)字信號控制器(DSC)dsPIC30F2010對于提高系統(tǒng)運行速度，改善系統(tǒng)性能起著重要作用。總之，基于上述結(jié)構(gòu)的光伏逆變器，無論在結(jié)構(gòu)、功能、成本和可靠性等方面都具有明顯的優(yōu)越性和市場競爭力。

參考文獻

[1](日)電氣學(xué)會半導(dǎo)體電力變換系統(tǒng)調(diào)查專門委員會編.陳國呈譯.電力電子電路.-北京:科學(xué)出版社，2003.

[2]劉風君編著.正弦波逆變器:-北京:科學(xué)出版社出版，2002.

[3]何禮高編著.dsPIC30F電機與電源系列數(shù)字信號控制器原理與應(yīng)用.北京:航空航天出版社，2007.