利用C2000 MCU實(shí)施并網(wǎng)微型太陽(yáng)能逆變器

l 部分陰影損耗(5%到25%)

l 簡(jiǎn)單的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，更寬松的故障容限(0%到15%)

l 次優(yōu)MPPT損耗(3%到10%)

l 另外，增加安全性和建筑面積(屋頂)利用

因此，如果我們選擇微型逆變器拓?fù)洌瑒t會(huì)犧牲轉(zhuǎn)換器效率，但是會(huì)讓電能收集變得更高效。

1 硬件設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

在我們的太陽(yáng)能逆變器解決方案中，我們選擇交叉反激加SCR全橋的拓?fù)洌糜诠I(yè)頻率逆變。所有控制僅為一個(gè)MCU(2802x)，另外還有一個(gè)RS485或者PLC接口，用于通信。圖8顯示了這種微型太陽(yáng)能逆變器的結(jié)構(gòu)圖。具體規(guī)范，請(qǐng)參見(jiàn)《附件A》。

這種拓?fù)渚哂腥缦绿攸c(diǎn)：

l 簡(jiǎn)單的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

l 高效率，低成本

l 完全隔離，高可靠性

l 無(wú)法實(shí)現(xiàn)反應(yīng)式功率補(bǔ)償

2.2 輔助電源設(shè)計(jì)

在微型太陽(yáng)能逆變器中，我們需要可以向A/D采樣電路、驅(qū)動(dòng)電路、MCU控制器等輸出多電壓的輔助電源。另一方面，這種輔助電源必須完全隔離于一次側(cè)到二次側(cè)。

因此，我們選擇LM34927芯片;這種芯片具有如下特點(diǎn)：

l 9到100V的寬輸入范圍

l 低成本，集成100V、高低側(cè)開(kāi)關(guān)

l 恒定導(dǎo)通時(shí)間(COT)控制方案無(wú)需環(huán)路補(bǔ)償，并具有優(yōu)異的瞬態(tài)響應(yīng)。

l 充分保護(hù)功能，包括可調(diào)節(jié)UVLO。

圖9顯示了LM34927的典型應(yīng)用原理圖。從該原理圖，我們知道，LM34927的一次側(cè)為一個(gè)降壓電路，而二次側(cè)為一個(gè)反激拓?fù)洌糜趯?shí)現(xiàn)隔離。

2.3 作為隔離式前端轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)的有源鉗位反激

2.3.1 有源鉗位反激式轉(zhuǎn)換器概述

圖10顯示了基礎(chǔ)反激拓?fù)鋬?nèi)有源鉗位電路的組合情況。圖中，反激式變壓器被一個(gè)等效電路模型代替，其表現(xiàn)出磁化和漏電感(Lr表示除外部電感外一次側(cè)反映的總變壓器漏電感)。

開(kāi)關(guān)Q1和Q2與其相關(guān)體二極管一起出現(xiàn)。Cr表示兩個(gè)開(kāi)關(guān)的寄生電容的并聯(lián)電容。與Lr諧振的這種器件電容，實(shí)現(xiàn)了Q1的零電壓開(kāi)關(guān)(ZVS)。

利用有源鉗位電路，晶體管關(guān)閉電壓尖峰受到控制，變壓器漏電得到回收，并且主開(kāi)關(guān)(Q1)和輔助開(kāi)關(guān)(Q2)的ZVS都成為可能。

這些優(yōu)點(diǎn)的代價(jià)是，需要更多的功率級(jí)組件以及更高的控制電路復(fù)雜度(兩個(gè)開(kāi)關(guān)對(duì)一個(gè)開(kāi)關(guān))。

為了描述這種電路的工作情況，我們假設(shè)：

l 理想開(kāi)關(guān)組件

l 磁化電流始終為非零且為正。

l Lr(包括變壓器漏電感)小于變壓器磁化電感Lm(通常為L(zhǎng)m的5%到10%)

l Lr中存儲(chǔ)充足的電能，以完全對(duì)Cr放電，并開(kāi)啟Q1的體二極管。

2.3.2 有源鉗位反激設(shè)計(jì)零電壓開(kāi)關(guān)考慮

為了實(shí)現(xiàn)Q1的ZVS，Q2必須在諧振電感電流下降區(qū)間開(kāi)啟。否則，諧振電感電流反向(再次變?yōu)檎?，其對(duì)Cr再充電，并且失去ZVS(或者至少部分失去)。因此，Q2關(guān)閉和Q1開(kāi)啟之間的延遲時(shí)間對(duì)ZVS運(yùn)行至關(guān)重要。最佳延遲值為L(zhǎng)r和Cr組成諧振時(shí)間的四分之一：

所以，最好是讓停滯時(shí)間位于Q1關(guān)閉和Q2打開(kāi)之間，小于Tdelay，以實(shí)現(xiàn)部分ZVS狀態(tài)。

即使Lr中存儲(chǔ)能量不足以完全對(duì)開(kāi)關(guān)電容Cr完全放電，從而最小化Q1和Q2的潛在電壓應(yīng)力(并獲得更高的轉(zhuǎn)換器效率)，我們必須小心地設(shè)計(jì)諧振電感Lr、諧振電容Cr和鉗位電容Cc的參數(shù)。

2.3.2.1 諧振電感Lr設(shè)計(jì)

在確定Lm值以后，可對(duì)諧振電感進(jìn)行設(shè)計(jì)。如前所述，我們假設(shè)其值為L(zhǎng)m的一小部分(通常為L(zhǎng)m的5%到10%)。

給定轉(zhuǎn)換器工作點(diǎn)和Cr值時(shí)，要實(shí)現(xiàn)ZVS，Lr的大小必須足以完全對(duì)開(kāi)關(guān)電容放電。

Lr設(shè)計(jì)很難，因?yàn)橹C振電容電壓(Vcr)為L(zhǎng)r值的函數(shù)，如下面方程式：

但是，在實(shí)際設(shè)計(jì)中，諧振電感電壓相對(duì)較小(相對(duì)于Vin+NVo)，并且可求解實(shí)現(xiàn)ZVS狀態(tài)必需的Lr近似最小值：

在要求高輸出電壓的這種應(yīng)用中，專(zhuān)門(mén)的輸出整流器軟開(kāi)關(guān)特性比實(shí)現(xiàn)主開(kāi)關(guān)ZVS要更為理想。

2.3.2.2 鉗位電容器Cc設(shè)計(jì)

根據(jù)Lr設(shè)計(jì)，選擇鉗位電容的值。鉗位電容器和諧振電感形成的諧振頻率足夠低，這樣，當(dāng)開(kāi)關(guān)關(guān)閉時(shí)，電源開(kāi)關(guān)便不會(huì)出現(xiàn)過(guò)多的諧振振鈴。但是，使用過(guò)大的鉗位電容值，并不會(huì)帶來(lái)鉗位性能的改善，并且代價(jià)是更大容量(同時(shí)也更加昂貴)的電容器。一種較好的折中方法是，選擇一個(gè)電容器值，使鉗位電容器和諧振電感形成的諧振時(shí)間的一半，超出Q1的最大關(guān)閉時(shí)間。因此：

其中，DHL表示最大輸入電壓工作，fs為Q1和Q2的工作開(kāi)關(guān)頻率。