優(yōu)化太陽能系統(tǒng)新招：用微型逆變器連接太陽能板

不存在微型逆變器的“餅干模”（通用）設(shè)計(jì)。這也就是說，設(shè)計(jì)人員必須發(fā)揮聰明才智，創(chuàng)新地找出一些新的技巧和方法，特別是在太陽能板間和系統(tǒng)間通信方面。所選MCU應(yīng)該支持各種協(xié)議，包括一些特殊協(xié)議，例如：電力線通信（PLC）和控制器局域網(wǎng)（CAN）等。特別是電力線通信可以通過去除通信專用線來減少系統(tǒng)成本。然而，這要求集成到MCU中的高性能PWM功能、快速ADC和高性能CPU。

　　太陽能逆變器應(yīng)用專用MCU中一種意料之外卻是高價(jià)值的特性是雙片上振蕩器，其可用于增強(qiáng)可靠性的時(shí)鐘故障檢測(cè)。同時(shí)運(yùn)行兩個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘的能力也有助于減少太陽能板安裝期間的問題。

　　由于太陽能微型逆變器設(shè)計(jì)注定會(huì)出現(xiàn)如此多的創(chuàng)新，或許對(duì)MCU而言最重要的特性是軟件可編程性。這種特性為電源電路設(shè)計(jì)和控制帶來最大程度的靈活性。

　　由于擁有一個(gè)能夠有效處理算法計(jì)算的先進(jìn)數(shù)字運(yùn)算內(nèi)核以及一些功率轉(zhuǎn)換控制的片上外圍器件組合，C2000微控制器已經(jīng)廣泛地用于許多傳統(tǒng)太陽能板逆變器拓?fù)?。一種更為低成本的選擇是Piccolo系列C2000微控制器。它擁有最少38引腳的封裝尺寸、功能構(gòu)架改進(jìn)以及增強(qiáng)型外圍器件，以將32位實(shí)時(shí)控制優(yōu)勢(shì)帶到如微型逆變器等要求更低總系統(tǒng)成本的應(yīng)用中。

　　圖3：基于微型逆變器的PV系統(tǒng)的MCU系統(tǒng)配置包括CPU、內(nèi)存、電源及時(shí)鐘和一些外圍器件。

　　另外，Piccolo MCU系列的各種產(chǎn)品都集成了用于時(shí)鐘比較的雙片上10MHz振蕩器、具有上電復(fù)位功能和擊穿保護(hù)的片上VREG、多個(gè)高精度150-ps PWM、一個(gè)12位及4.6兆采樣/秒 ADC，以及一些用于I2C （PMBus）、CAN、SPI和UART通信協(xié)議的接口。圖3顯示了一個(gè)與基于微型逆變器的PV系統(tǒng)一起工作的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)配置。

　　對(duì)于微型逆變器來說，性能是一個(gè)關(guān)鍵特性。盡管相比其他C2000 MCU產(chǎn)品，Piccolo器件更便宜且具有更小的尺寸，但這種器件卻擁有許多改進(jìn)之處，例如：可編程浮點(diǎn)控制律加速器（CLA）設(shè)計(jì)旨在緩解復(fù)雜的高速控制算法，從而讓CPU能夠分配資源用于處理I/O和反饋環(huán)路指標(biāo)測(cè)定，從而在一些閉環(huán)應(yīng)用中獲得最多達(dá)5倍的性能提升。　　PV挑戰(zhàn)

　　太陽能發(fā)電系統(tǒng)的缺點(diǎn)之一是轉(zhuǎn)換效率。太陽能板從每100mm2PV單元采集約1mW的平均功率。一般效率大約為10%。發(fā)電利用率PV源（即，平均產(chǎn)生功率與太陽始終照射情況下能夠產(chǎn)生的功率大小之比）約為15%到20%。產(chǎn)生這種結(jié)果的原因有很多，其中包括陽光自身的變化無常，即在晚上全部消失，而在白天又通常會(huì)受陰影和天氣狀況影響而減弱。

　　PV轉(zhuǎn)換將更多變量引入效率方程式中，包括太陽能板溫度及其理論峰值效率。對(duì)于設(shè)計(jì)工程師們來說，另一個(gè)問題是PV單元會(huì)產(chǎn)生約0.5V不規(guī)律變化的電壓。在選擇功率轉(zhuǎn)換拓?fù)鋾r(shí)，這種變化會(huì)帶來嚴(yán)重的影響。例如，較差的功率轉(zhuǎn)換技術(shù)實(shí)施可能會(huì)消耗大量的已采集PV電能。

　　為了適應(yīng)太陽并非一天24小時(shí)照射這種情況，太陽能系統(tǒng)包括了一些電池，以及高效地對(duì)這些電池充電所需的復(fù)雜電子元件。電池被整合到系統(tǒng)以后，必須為電池充電增加額外的DC/DC轉(zhuǎn)換，同時(shí)還要求電池管理和監(jiān)控。

　　許多太陽能系統(tǒng)還連接電網(wǎng)，從而要求相位同步和功率因數(shù)校正。另外，還有幾種要求復(fù)雜控制的使用情形。例如，必須內(nèi)建故障預(yù)測(cè)，以防止公共電網(wǎng)出現(xiàn)如限制用電和停電等事件。這只是一些設(shè)計(jì)工程師們必須要考慮的重要問題。