一种新型家用光伏逆变控制一体机的设计探讨

科ｌ技ｌ论Ｉ坛　一科　赢　种新型家用光伏逆变控制一体机的设计探讨　张霆杜卫军　（陕西长岭电子科技有限责任公司，陕西宝鸡７２１（／０６）　摘要：针对家用光伏逆变控制一体机的设计给出了一种全面的设计方案，主要包括：系统构成、电路拓扑、单片机的选择、功率器件的选择和　驱动电路的选择等问题做了较为详细的研究。　关键词：光伏；逆变控制；拓扑　由于地理原因，目前我国尚有大约０．７亿　人居住在无电区，这一部分人口的能源需求形　成了一个巨大的光伏发电潜在市场。陕西“太　阳一太阳”光伏发电工程，解决陕西境内大约两　万居民基本用电问题，类似的工程在各省都有。　在后续的“送电到村”工程中，家用光伏发电系　统将继续发挥作用。　１系统构成　’　如图１，光伏逆变控制一体机系统由主控　板，按键、显示板，变压器，滤波模块，能量计，风　图１逆变控制器系统组成框图　图２逆变控制器拓扑结构　扇、散热器，防雷器件组成。　主控板为系统的核心，其Ｅ载有信号处理　理器的最主要原因之一。　如图２，太阳能电池极性接反并接入系统　器，以编程的方式实现众多的系统功能。　该信号处理器具有３０ＭＩＰＳ的性能，支持　时，Ｑ１５ｆ大功率二极管）反向截止，系统不会受　按键、显示板是逆变控制器系统的人机界　１６　ｘ　１６位小数／整数乘法运算和３２／１６佗和　到太阳能电池负电　的影响。更正后接人系统，　面。可显示蓄电池电压，输出电压，输出电流和　１６／１６位除法运算，可满足正弦波的高频调制　系统正常１＝作，实现了太阳能电池极性接反保　充电状态等。　的计算和实时反馈处理的要求。有６通道电机　护。　变压器为工频变乐器，将＋２４Ｖ（２４Ｖ系统）　控制ＰＷＭ可作为正弦波ｉ岗制信号发牛器，在　如图２，夜间时，太阳能电池上光照很弱或　直流电压经过调制后升压到交流正弦２２０Ｖ电　花费较少处理器开销的情况下完成正弦波信号　无光照，其输出电压必低于蓄电池电压，这时　压。　调制，插入死区时间。采样速率为１ｕＳ的１０位　Ｑ１５（大功率二极管）ｔＥｆｆ．向截止，蓄电池的能量　滤波模块：变压器的次级输出经过滤波模　６通道Ａ／Ｄ转换器，电压、电流的实时采样，为　不会通过太阳能电池板泄放。实现了夜间防反　块滤波后，输Ｈ｛供用户使用的交流正弦２２０Ｖ　信号传感采样提供有力支持。　充功能。　电压。由于变压器初级输人是　过涮制的正弦　２．３功率器件选择　２．６脉宽调制（ＰＷＭ）三阶段充电模式　波，调制脉冲　可避免地会耦合到变　器的次　功率开关器件是逆变电源的核心之　，逆　ＰＷＭ充电方式可以随着蔷电池的充满，电　级，滤波是必要的。　变电源的发展和应用依赖于功率电子器件的发　流逐渐减小，符合蓄电池对于充电过程的要求，　风扇、散热器：标准情况下，变　器的初级　展。功率电子器件的大功率化、高可靠性和控制　能够有效的消除极化，有利于完全恢复蔷电池　的推动电流约３１Ａ（６０ＯＶＡ），　而用作全桥驱动　性能是逆变电源得以应用的重要条件。现阶段　的电量。三阶段充电方式包括均衡充电、快速充　的功率ＭＯＳＦＥＴ管会产生大量热量；川作充电　逆变电源常用的功率开关器件主要有功率　电和浮充电。蓄电池没有发生过放电，正常工作　控制的功率ＭＯＳＦＥＴ管也会产生大量热量，这　ＭＯＳＦＥ３、管和绝缘栅晶体管（ＩＧＢＴ）。　时采用浮充电，可以有效防止过充电，减少水分　就需要风扇、散热器。　在小容量、低压逆变器中，功率器件多使心　的散失；当蓄电池的放电深度超过７０％，则实　防雷器件采用压敏电５且，起到防雷作用。　功率ＭＯＳＦＥＴ管。因其在低压时，具有较低的　施‘次快速充电，有利于完全恢复蓄电池的电　２总体技术方案　通态压降和较高的开关频率；但随着电压的升　量；一旦放电深度超过４０％，则实施一次均衡　２．１光伏逆变控制一体机系统电路拓扑结　高，功率ＭＯＳＦＥＴ管的通态电阻增大。因此，在　充电，不但有利于完全恢复蓄电池的容量，轻微　构　大容量、高压逆变器中，一般使用绝缘栅晶体管　的放电能够起到搅拌的作用，防止蓄屯池内电　光伏逆变控制一体机系统（文中简称系　（ＩＧＢＴ）作为功率器件。　解液的分层。　统）的电路拓扑结构见图２。小系统采用电压型　ＩＧＢＴ成本高；功率ＭＯＳＦＥＴ管成本低。从　３试验结果　全桥电路实现逆变。　实用角度上，本系统选择功率ＭＯＳＦＥＴ管。　针对样机，主要进行了阻件负载，突加阻性　功率部分的主回路简述如下：　２．４全桥驱动　负载试验，在阻性负载情况下，系统工作稳定，波　ｓ１（太阳能电池），ＢＴＩｆ蓄电池），ＲＳ３／／ＲＳ４　采用电压型全桥电路文现逆变。全桥电路　形质量很好，电压波形的失真度小于２％，但在　（传感电阻），Ｑ１７（功率ＭＯＳＦＥＴ管），Ｑ１５ｆ大功率　由两个半桥电路构成。半桥电路的上臂和下臂　突加负载的情况下，电　的输出波形会有较小　二极管）构成充电回路，完成Ｓ１（太阳能电池）给　不共地，通常采用两种方式驱动：自举单电源驱　的畸变，电　波形的失真度小于３．５％，输出电　ＢＴＩｆ蓄电池１的充电。　动和隔离驱动（需独市的开关电源）。自举单电　压为额定值，输出功率为额定容量的７５％时，　ＢＴ１（蓄电池），Ｋ１（继电器），Ｑ６、Ｑ８、Ｑ１２、Ｑ１３　源驱动通常用在功率不是很大的系统，两个半　效率为９０．２％，符合要求。　（功率ＭＯＳＦＥＴ管，构成全桥），Ｔ１初级（变压器　桥电路只需一路电源即可，极大简化了系统的　４结论　初级），Ｑ６、Ｑ８、Ｑ１２、Ｑ１３（功率ＭＯＳＦＥＴ管，构　电路设计。　采用ｒ新型的逆变拓扑结构，从成本和实　成全桥），ＲＳ１／／ＲＳ１（传感电阻）构成变压器仞缄　本驱动电路采用Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｒｅｃｔｉｉｆｅｒ的　用性方面给出了较全面的设计过程，试验结果　驱动电路，完成对变压器初级的功率驱动；Ｔ１　ＩＲ２１　１０构成功率ＭＯＳＦＥＴ管半桥驱动电路，该　显示，采用新的拓扑结构和　［频变压器提高了　次级（变压器次级），经滤波后可捉供交流正弦　驱动电路抗干扰能力强、速度快等优异特点。　系统波形质量，保证系统无论存输出功率大小　２２０Ｖ输出。　ＩＲ２１　１０的上下臂控制信号由信号处理器　的情况下都能输出较好的正弦波，降低系统的　２．２单片机的选择　ＰＷＭ单元产，丰并输入，死区时间早ＰＷＭ　Ｔ作噪声、减小偕波输出。在控制方面　使用　选择ｄｓＰｌＣ３ＯＦ２０１０信号处理器（Ｆ面简　单元自动插入。　ｄｓＰＩＣ３０Ｆ２０１０作为控制芯片，简化了电路和软　称信号处理器）作为系统的核心。微芯公司的单　２．５蓄电池极性接反保护和太阳能电池极　件的没计，提高了系统的性价比和实片ｊ性。　片机在ＥＭＣ方面口碑较好，这是选择陔信号处　性接反、夜间防反充保护　一７一